CN109340822A - 微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，该蒸发管结构设计包括：圆缺形折流板和螺旋式外形。在相同轴向距离时，采用螺旋式外形设计会使燃油在蒸发管内停留时间变长，同时会增大燃油与蒸发管的接触面积，增强换热效果，有利于蒸发雾化；加设的圆缺形折流板在一定程度上增大了换热面积，进而增大了换热系数，强化了管内流动的传热。折流板在管内的交错排布会有效提高燃油混气的湍流程度，同时会使燃油产生小范围的回流，速度减小，使燃油在蒸发管内的停驻时间加长，保证了燃油混气在蒸发管内的雾化蒸发效果。
Description
技术领域
本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管。
背景技术
近年来，微型动力系统已成为国内外研究热点，世界各国都在这方面投入了大量的研究，其中发展较成熟的是微型涡轮喷气发动机。与常规发动机相比，微型涡轮喷气发动机具有体积小、重量轻、隐蔽性好、输出能量大、成本低等优点。燃烧室是发动机的重要组成部分，微型发动机的发展离不开微型燃烧室的发展。与常规尺度燃烧室相比，微型燃烧室有以下特点：燃烧室长度短，燃油的停驻时间短，雾化困难，易造成燃烧不充分；燃烧室体积小，主燃区容积小，给燃烧稳定造成不利影响；较大的表面积和体积比，使得传热损失增加，易造成燃烧室的熄火。
微发燃烧室在这么多年的研制和发展中，在继承和借鉴常规发动机燃烧室的经验和技术的基础上，总体结构和部件技术上也在不断创新改进。目前微型发动机燃烧室主要有两种：直流环形燃烧室和回流环形燃烧室。由于先进小型发动机多具有高增压比、高温升和高推重比，所以多选用直流环形燃烧室。由于空间有限，直流环形燃烧室多采用结构简单、供油压力低的蒸发管来组织燃油蒸发雾化。蒸发管工作的基本原理是：燃油喷入温度极高的蒸发管内，在气动力作用下雾化的同时，迅速吸热蒸发为蒸气，与管内的少量空气混合形成一定当量比的可燃混气，方便燃烧。
不同结构形式的蒸发管会产生不同的蒸发雾化效果，目前大多数改进型微型燃烧室的蒸发管多采用L型、U型等结构形式，在一定程度上强化了燃油蒸发雾化性能，加大了燃烧效率，但是提高的程度有限。因此继续改进蒸发管的结构形式，进而满足现代微型发动机燃烧室对燃油雾化蒸发效果的要求是很有必要的。同时目前的研究对蒸发管内部结构设计涉及较少，这方面有很大的研究前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，对燃烧室内燃油雾化和蒸发有较好的改善和提高效果。本技术采用内置多组折流板和螺旋式外形。本发明的优点：本结构能够增大燃油与蒸发管的接触面积、提高燃油混气的湍流程度、增加燃油在蒸发管内的停留时间，进而增强避免与混气的换热效果。
技术方案
本发明的目的在于提供一种微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管。
本发明技术方案如下：
微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，其特征在于：蒸发管内部设置交错排布的多组圆缺形折流板和外形螺旋式。内部圆缺形折流板设计参数包括缺口高度和板间距；外形螺旋式设计参数包括螺距、螺旋直径和螺旋圈数。微型发动机燃烧室蒸发管总体尺寸为壁面厚度为2～4mm，直径为10～20mm，长度为50～120mm。
所述蒸发管内置圆缺形折流板结构，其特征在于：按照一定的比例切去相应高度的弓形板面，并沿周向均匀排布大小相同的圆孔，直径尺寸设置为0.5mm～2mm之间，分布数量为30～50个，具体的圆孔直径和数量应根据蒸发管的实际内径进行设计。
所述蒸发管内置圆缺形折流板结构交替排列，其特征在于：同一组中两块交替排列的圆缺形折流板的间距不应小于圆管内径的1/5，且不超过圆管内径；折流板缺口大小是按切去的弓形弦高占圆管内径的百分比来确定的，弦高一般为圆管内径的20％～45％。
所述圆缺形折流板结构在轴向方向均匀分布，其特征在于：沿蒸发管轴向方向进行线性排布，数量为15～25组，具体的数量根据蒸发管实际长度确定。
所述蒸发管外形螺旋式，其特征在于：螺距为30～60mm，螺旋直径为30～50mm，螺旋圈数为1～3个，具体的螺旋参数根据实际蒸发管尺寸进行设计。
本发明具有以下有益效果：
微型燃烧室的性能与蒸发管的雾化蒸发效果有很大关系，与普通蒸发管相比，内置的圆缺形折流板增大了换热面积，延长了燃油在蒸发管内停留时间，让燃油有充分的时间进行蒸发雾化；圆形小孔加大了燃气的湍流程度，板间也会形成小型回流区，有利于换热以及与空气的预混。同时，螺旋式外形相较于传统的直筒式，增加了蒸发管内外壁面表面积和蒸发管空间，壁面换热加强，燃油在蒸发管内停留时间增加，对蒸发管内的燃油雾化蒸发有进一步促进作用，两者均能使蒸发管内的燃油雾化蒸发效果得到加强。
附图说明
图1：内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管整体示意图；
图2：内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管进口处局部放大图；
图3：圆缺形折流板示意图；
图4：内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管沿轴向局部剖面示意图。
主要元件符号说明:
蒸发管主体1、蒸发管进口2、圆缺形折流板3、折流板小孔4。
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，本发明提供了一种新的可以有效增强换热和提高燃油蒸发雾化的微型燃烧室蒸发管结构设计。
具体过程：蒸发管是利用燃烧室燃烧释放出来的热量来加热管壁，外界空气经蒸发管进口(图2)进入蒸发管，蒸发管上端进行喷油，燃油经高温蒸发管蒸发雾化，与空气有效掺混形成新鲜混气，进入火焰筒内进行燃烧。本发明蒸发管内部排布了一系列的圆缺形折流板，燃油和混气共同撞击管内折流板，会有利于两者的掺混，同时会降低混气的流动速度，使燃油在管内的流动时间增加；另一方面，一系列的折流板会增加燃油与高温壁面的接触面积，使得燃气与蒸发管的换热效率得以增强，更有利于燃油液滴的蒸发雾化。折流板采用圆孔设计，明显地加强了蒸发管内气流扰动，强化掺混，提高雾化效果的作用。
相较于传统的直筒型蒸发管，本发明采用螺旋式外形，在有限的长度空间内，扩大蒸发管内部空间和接触壁面表面积，燃油流经该蒸发管，停留的时间增加，与壁面的换热得到加强。燃油在上述这些作用下，得到很好的雾化蒸发。
喷射进蒸发管内的燃油经过良好的蒸发雾化以及有效的掺混，可燃混气流入火焰筒后可以得到更好更充分的燃烧，进而提高整体的燃烧效率，发动机的整体性能进而也得到提升。
Claims (5)
1.微型发动机燃烧室内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，包括蒸发管内部设置交替排布的多组圆缺形折流板和外形螺旋式；其特征在于：在蒸发管内部设置缺口上下方向交替排列的多组折流板并且在折流板上均匀排列相应数目的圆孔。
2.根据权利要求1所述的内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，其特征在于：同一组中两块交替排列的圆缺形折流板的间距不应小于圆管内径的1/5，且不超过圆管内径；折流板缺口大小是按切去的弓形弦高占圆管内径的百分比来确定的，弦高一般为圆管内径的20％～45％。
3.根据权利要求1所述的内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，其特征在于：圆缺形折流板板面上，沿周向排布大小相同的圆孔，直径尺寸设置为0.5mm～2mm之间，分布数量为30～50个，具体的圆孔直径和数量应根据蒸发管内径设计。
4.根据权利要求1所述的内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，其轴向方向特征在于：圆缺形折流板沿蒸发管轴向方向进行线性分布，数量为15～25组，具体的数量根据蒸发管长度确定。
5.根据权利要求1所述的内置圆缺形折流板螺旋式蒸发管，其特征在于：采用螺旋式外形设计，螺距为30～60mm，螺旋直径为30～50mm，螺旋圈数为1～3个，具体的螺旋参数根据实际蒸发管尺寸进行设计。
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