CN109539307A - 一种表面做凹坑处理的旋流器叶片 - Google Patents

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张群
王鑫
张鹏
海涵
李程镐
杨福正
曹婷婷
刘强
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes

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Abstract

本发明提供了一种表面做凹坑处理的旋流器叶片的设计方案，此发明可以有效的降低气流在流经旋流器叶片时的总压损失。带有凹槽的叶片能够在叶片的表面形成一层由多个小型气旋组成的紊流气模，从而防止气流的分离，能适应更大的叶片安装角。这种结构的设计能够在燃烧室的头部形成强烈的周向剪切作用力，一方面有利于燃油的雾化，另一方面火焰能在更高的气流速度下稳定燃烧，从而拓宽了燃烧室的稳定燃烧边界。

Description

一种表面做凹坑处理的旋流器叶片
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种表面做凹坑处理的旋流器叶片，可以有效降低气流经过旋流叶片时的流动损失。
背景技术
目前飞机的发动机一般采用航空燃气轮机，燃烧室是其重要的一个组成部件，现代燃烧室大都采用旋流技术来提供稳定的燃烧条件。燃烧室头部结构对燃烧室的整体性能影响甚大，主要表现在对燃烧效率、压力损失、出口温度分布、排放性能、燃烧稳定边界以及火焰筒寿命等的影响。综合考虑各种因素，经过几十年的发展，在考虑到燃烧室稳定工作边界、燃烧效率、总压损失、出口温度分布、冷却气量、污染物排放等相互矛盾与制约的设计要求基础上，旋流器的级数已从单级发展到双级、三级，逐步形成了以多级旋流器配合文氏管以及套筒为特征的基本结构。到目前为止旋流燃烧的技术已经逐渐趋于成熟，但是为了满足航空发动机的发展要求，我们有必要提出性能更好的燃烧室头部结构。
气流流经燃烧室时，由于存在摩擦、扩压、进气、掺混以及燃烧加热等一系列物理化学过程，不可避免地会使气流的总压下降，造成了燃烧室出口总压必然低于进口总压。这些总压损失是不可避免地，但希望它尽可能小一些，因为任何总压损失都会降低燃气在涡轮及尾喷管内膨胀做功的能力，使得发动机的推力及经济性下降。
随着高温升燃烧室的发展，燃烧室头部进气量越来越大，气流在流过旋流器的时候流动损失就越大。传统的旋流器叶片都是简单的直叶片，气流在流过叶片表面时很容易发生附面层分离，导致气流的总压损失增大。基于这个问题，本发明希望通过对旋流器叶片表面做一些处理，能够有效的改善这种情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种能有效减小流动损失的新型旋流器叶片的技术方案。本方案中对传统旋流器叶片的表面进行设计处理，即在叶片的表面加工上一些按照一定规律排列的凹槽，气流在流过表面带有凹槽的叶片时，由于气流在一系列的凹槽处形成了薄壁的紊流层，这层紊流层有助于阻止叶片表面发生气流分离现象，从而有效的降低气流经过旋流器叶片时的流动损失。
技术方案
本发明的目的在于提供一种表面做凹坑处理的旋流器叶片。
本发明技术方案如下：
一种表面做凹坑处理的旋流器叶片的结构设计方案，包括凹坑的大小以及凹坑在旋流器叶片表面的排列方式。
所述一种表面做凹坑处理的旋流器叶片，凹坑的大小以及在叶片表面上的布局根据气流的流动参数的变化可以做出适当的调整。凹坑的表面形状呈半球状，球状凹坑的半径大约是叶片厚度的1/5到1/3，凹坑的深度大约是凹坑半径的1/4到1/2。其次凹坑在叶片表面的排列方式为叉排，同排的凹坑中心之间的距离大约是凹坑半径的2到4倍，前排凹坑与后排凹坑之间的距离大约是半径的2到4倍。所述表面做凹坑处理的旋流器叶片参数，根据具体工作状态可做出适当的调整。
本发明具有以下有益效果：
对于表面做凹坑处理的旋流器叶片，高速气流在流过表面带有凹坑的旋流器叶片时，由于凹坑的存在，气流会在叶片的表面形成一层薄壁紊流层，这层紧贴着叶片表面的紊流层能够有效的阻止气流在叶片表面分离，一方面有效的降低了气流在此处的流动损失，另一方面可以采用更大的叶片安装角而不发生气流分离现象，从而在下游形成更强烈的周向气流剪切层，实现良好的燃油雾化，拓宽火焰稳定边界。
附图说明
图1：表面做凹坑处理的旋流器叶片的三维示意图
图2：表面做凹坑处理的旋流器叶片的局部放大示意图
图1中①旋流器内外级叶片
图2中②叶片上的凹槽
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和图2，本发明提供了一种表面做凹坑处理的旋流器叶片。气流在此旋流器表面流动时，由于凹槽的存在，气流在这些凹槽处能形成稳定的气旋，大量的小型气旋组成的紊流气膜能有效阻止叶片表面的气流分离。一方面此发明能够有效的降低气流的总压损失，另一方面这样的旋流器叶片能够适应更大的叶片安装角，这就意味着气流在下游拥有更大的周向速度，对于燃油的周向剪切作用更加强烈，这样的结构有利于燃油在更大的气流速度下得以稳定燃烧。

Claims (3)

1.一种表面做凹坑处理的旋流器叶片设计方案，其特性在于：旋流器叶片的表面设计有序排列的凹槽结构。
2.根据权利要求1所述的一种表面做凹坑处理的旋流器叶片设计方案，其特征在于：凹坑的表面形状呈半球状，球状凹坑的半径大约是叶片厚度的1/5到1/3，凹坑的深度大约是凹坑半径的1/4到1/2。
3.根据权利要求1所述的一种表面做凹坑处理的旋流器叶片设计方案，其特征在于：凹坑在叶片表面的排列方式为叉排，同排的凹坑中心之间的距离大约是凹坑半径的2到4倍，前排凹坑与后排凹坑之间的距离大约是半径的2到4倍。
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