CN108758691A - 一种扩张段加凸台的文氏管 - Google Patents

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张群
王鑫
宋亚恒
寇睿
李承钰
张鹏
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/30—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
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Abstract

本发明提供了一种扩张段加凸台的文氏管设计方案，此方案可以增大气流对油膜的剪切作用，促进燃油的破碎雾化，形成良好的油雾场。如附图1中所示，燃油经离心喷嘴喷射到文氏管的内壁上并形成油膜。油膜在一级旋流器进入气流的推动下向扩张段运动，油膜会被凸台切割成为多个条状油膜，而且在凸台的尾部形成漩涡，漩涡之间相互影响增强油膜的波动性，因此更易在气流的剪切作用下发生破碎雾化。从而在火焰筒内部形成一个更加良好的油雾场，改进了燃烧室的燃烧性能。

Description

一种扩张段加凸台的文氏管
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种扩张段加凸台的文氏管，可以有效增强液膜破碎雾化的结构。
背景技术
现代航空燃气涡轮发动机主燃烧室的燃油雾化主要依靠燃油喷嘴和旋流器结构，未来航空燃气涡轮发动机的发展主要分为俩个方向，第一个就是高温升、高推重比的方向发展，第二个就是低污染、低排放的方向发展。无论哪个方向都对燃烧室内的燃油雾化提出更高要求，从而创造一个良好的燃油雾化场必然是未来工作的重点研究对象。根据目前的发展状态来看，提高燃油雾化质量主要依靠改进喷嘴结构，提供合适的供油量，再者就是设计结构更加优良的旋流器、文氏管以及套筒的结构，还有就是发明出其他的一些新型结构。文氏管是一个先收缩后扩张的圆筒形管件，它不但可以防止燃油喷嘴上形成积碳，促进油膜的破碎雾化，还可以控制喷雾场下游的油雾浓度分布呈现典型的锥状分布。它的工作原理是：燃油喷嘴将燃油喷射在文氏管喉部形成油膜，油膜在一级旋流器的气流推动下，沿着文氏管的内壁面顺流至文氏管唇口处被双级旋流器的空气剪切实现二次雾化。进入燃烧室的燃油主要以油雾或气态形式烧掉。由于航空发动机燃烧室的尺寸小、气流速度快、燃油停留的时间短等条件的限制，因此对燃油雾化场有很高的要求。目前学者对于文氏管结构的研究，主要将目标集中在文氏管吼道面积、燃油喷嘴出口到吼道的距离以及出口扩张角等参数对雾化场的影响，对于文氏管与旋流器的配合，文氏管与套筒的配合也有大量的研究。结果表明文氏管的存在可以提供更规则的旋流流场，可以调节燃烧室的进口压力，有利于稳定燃烧室流场。对于燃油雾化，以及促进火焰的稳定有着良好的作用。
在燃油雾化方面，目前存在的问题主要表现为燃油雾化的粒度不够细，油雾场分布不均匀。这些问题导致后续的燃烧过程中燃油不能及时的燃烧，造成燃烧室内部件积碳，燃烧效率下降。且燃烧不充分导致尾气中NOX的含量增多，不利于环保。积碳增多还会引发一系列的不良反应，严重时会造成发动机故障。所以为了满足航空发动机日益增长的性能要求，首先要得到一个良好的燃油雾化场，本发明针对燃油雾化不良这一问题提出了一种新型的文氏管结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种能有效促进燃油雾化的文氏管新型结构的技术方案。本方案中文氏管收缩段内壁为圆弧过渡，在文氏管扩张段设置凸台结构。燃油由喷嘴喷射到文氏管内壁上形成油膜，油膜在向前运动的途中经过扩张段凸台结构的分割扰动产生波动，且在凸台的尾部会形成一些小的旋涡，这些旋涡又会将扰动传递到周围的油膜中，油膜自身的这种扰动越大越容易在俩股高速气流的剪切作用下发生破碎雾化，因此这种文氏管扩张段设置凸台的结构能够有效的提高燃油的雾化效果。
技术方案
本发明的目的在于提供一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案。
本发明技术方案如下：
一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案，包括文氏管扩张段的结构参数设置，以及文氏管与旋流器的配合设计。
所述的扩张段设置凸台的文氏管，在文氏管扩张段环腔里凸台结构沿内壁分布，凸台的个数、凸台的尺寸参数以及凸台沿轴向的分布根据实际要求可做调整。凸台为三棱柱状，高度为0.5mm～1.5mm，凸台横截面为等腰三角形，三角形的高为1mm～3mm，底边长为0.4mm～1mm。凸台沿轴向设置1～4排，每排均匀分布4～12个，对于多于一排的采用插排的分布方式，相邻俩排之间的间距为0.5mm～3mm。具体结构参数的设置可根据实际需求做出合理的调整。所述的扩张段加凸台的文氏管，可与双级旋流器配合使用，也可与三级旋流器配合使用，在配合的过程中具体的结构参数可根据实际要求做出合理的调整。
本发明具有以下有益效果：
对于扩张段加凸台的文氏管，燃油经离心喷嘴喷射到文氏管内壁面上形成油膜。油膜在经过加凸台的扩张段时，由于凸台的存在，油膜在经过凸台结构时会被切割成多段条状油膜。而且在凸台的尾部形成了小的旋涡，这些旋涡会相互影响将扰动传递到油膜内部，油膜的这种波动会使得油膜拉伸变薄，增大了与气流的相对速度，更容易发生在气流的剪切作用下发生破碎雾化。这对于油雾场的雾化粒度和雾化均匀度来说都有一个非常有利的影响。
附图说明
图1：扩张段加凸台的文氏管三维示意图
图2：扩张段加凸台的文氏管与旋流器配合的三维示意图
图3：扩张段加凸台的文氏管的主视图
图4：扩张段加凸台的文氏管的剖视图
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2、图3、图4，本发明提供一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案，这种扩张段加凸台的文氏管结构增加了对油膜的扰动，油膜在通过凸台时会被切割成多个条状液膜，而且在凸台的尾部形成漩涡提升了油膜的波动性，使得油膜油膜在文氏管的出口处更加容易在气流的剪切作用下发生破碎雾化。
图1为扩张段加凸台的文氏管的三维视图。文氏管与旋流器是配合工作的，图2为文氏管与双级旋流器的组合三维示意图。图3为文氏管的主视图，图4为扩张段加凸台的文氏管的剖视图。燃油经离心喷嘴喷射到文氏管喉部位置，并沿着文氏管的内壁运动形成油膜，油膜在经过凸台结构时会被切割成多个条状油膜，同时在凸台的尾部形成漩涡，漩涡之间相互影响将扰动传递到整个油膜内部。油膜的这种波动性使得更加容易在气流的剪切作用下发生破碎雾化。
与传统的文氏管相比，这种结构的文氏管对于燃油的破碎雾化是非常有利的。对于航空发动机的主燃烧室来说，良好的雾化场是体现燃烧室性能优良的重要指标，它对于燃烧室的燃烧效率，燃烧室出口温度分布，以及燃烧产物的控制有积极且重要的作用。

Claims (4)

1.一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案，其特性在于：文氏管的扩张段沿内壁设置有凸台结构。
2.根据权利要求1所述的一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案，其特征在于：扩张段加凸台的文氏管扩张段凸台为三棱柱状，高度为0.5mm～1.5mm，凸台横截面为等腰三角形，三角形的高为1mm～3mm，底边长为0.4mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案，其特征在于：扩张段加凸台的文氏管扩张段凸台沿轴向设置1～4排，每排均匀分布4～12个，对于多于一排的采用插排的分布方式，相邻俩排之间的间距为0.5mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种扩张段加凸台的文氏管结构设计方案，其特征在于：扩张段加凸台的文氏管，可与双级旋流器配合使用，也可与三级旋流器配合使用。
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