CN110454811A - 一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴 - Google Patents

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陈雷
王美琪
曾文
杨聪
马洪安
李政楷
刘凯
刘爱虢
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means

Abstract

本发明公开了一种采用离心‑高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴，包括旋管和喷头，其中，旋管包括进油口，旋流槽，旋流腔，管壁，旋流腔刻有旋流槽，喷头包括呈交叉状布置的子喷孔，沿着喷头内壁圆周的切向方向，且朝着喷头外壁方向打孔以形成子喷孔，每个子喷孔呈交叉状布置，且由2个或2个以上子喷孔在喷头外壁汇聚成一处组成一组喷孔，多组喷孔形成喷孔组，最终由喷孔组喷出扇状喷雾。通过采用在燃油通道内壁中加入旋流槽，在喷头处加入交叉喷孔，旋流槽使燃油产生离心力，交叉孔结构使燃油与壁面的相互作用加强，在改善燃油雾化、加速燃油与空气的混合、促进燃烧等方面具有明显优势，解决了雾化锥角不恰当、喷雾分布不均匀等问题。

Description

一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴
技术领域
本发明涉及航空发动机燃油喷嘴技术领域，具体为一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴。
背景技术
未来飞行器朝着高空、高速方向发展，这对航空发动机技术提出了更严格的要求，需要发动机的燃油雾化、点火、燃烧过程更加高效可靠，在高空高速条件下燃油雾化时间更短，点火更困难，燃烧更不稳定，而燃油雾化质量的优劣直接决定了点火及燃烧性能，从而决定了发动机的整体性能和可靠性。
航空发动机目前主要采用的喷嘴技术有压力式、气动式、组合式、横向射流式等多种形式。且目前常见的单孔离心式喷嘴结构，大多其结构简单，雾化性能差，存在高温富油区，容易造成发烟污染，燃烧室出口温度场变化较大，环形燃烧室的环形通道与喷嘴的圆锥形油雾也不匹配等多种问题。
因此，随着飞机飞行高度和飞行速度的不断提升，为解决上述问题，通过开发新型喷嘴结构、获得更好的燃油雾化特性十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴，其能够解决上述现有技术中的问题。
为此，本发明采用了如下技术方案：包括旋管和喷头，其中，旋管包括进油口，旋流槽，旋流腔，管壁，所述喷头包括呈交叉状布置的子喷孔，沿着喷头内壁圆周的切向方向，且朝着喷头外壁方向打孔以形成所述子喷孔，由2个或2个以上子喷孔形成一组喷孔，且在喷头外壁汇聚成一处组成一组喷孔形成一个喷射点，多组喷孔形成喷孔组，最终由喷孔组喷出扇状喷雾。
所述旋流腔刻有旋流槽，高速运动的燃油在进油口进入，沿旋流槽向下运动，由此产生离心力；
交叉孔结构的燃油喷嘴是利用喷孔结构使液相产生汇聚和挤压的作用，将一部分射流动能转化为湍动能，在有效减小喷雾贯穿距的同时，增加燃油喷出后的喷雾锥角，交叉孔与单孔结构之间无论是孔内液相速度、气相体积分数还是湍动能，其分布和大小都存在明显差异。交叉孔结构使燃油与壁面的相互作用加强，在出口平面内较大的径向速度分量是区别于单孔的显著特征。径向的液体内力是产生较大喷雾锥角的主要原因，而在径向X和Y方向上液体内力大小不同则导致了喷雾在这两个方向上的增长率出现差异，最终形成了扇状喷雾。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴，很好的解决了现有简单离心式喷嘴结构的弊端，具有以下优势：本发明采用在燃油通道内壁中加入旋流槽，在喷头处加入交叉喷孔，通过旋流槽使燃油产生离心力，交叉孔结构使燃油与壁面的相互作用加强，在出口平面内形成较大的径向速度。离心-高燃动交叉孔喷嘴综合了两者的优点，这种新的油嘴结构可以形成扇状喷雾，在改善燃油雾化、加速燃油与空气的混合、促进燃烧等方面具有明显优势，解决了雾化锥角不恰当、喷雾分布不均匀等问题。提高了燃烧室零部件寿命，减少了发烟污染的排放。
附图说明
图1为本发明燃油喷嘴总体结构图；
图2为本发明中喷头剖视图；
图3为本发明燃油喷射过程示意图；
图4为本发明单孔与交叉孔速度分布的模拟计算结果及出口截面的速度特性分析。
图中符号说明：1-喷头，2-旋流腔，3-管壁，4-旋流槽，5-进油口，6-喷孔组，62-子喷孔一，64-子喷孔二，66-子喷孔三，68-子喷孔四，7-螺纹，8-燃油，9-油雾。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
下面参照图1-4来描述根据本发明的实施例提供的一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴。
结合图1至图3所示，本发明由包括旋管和喷头1，其中，旋管包括进油口5，旋流槽4，旋流腔2，管壁3，喷头1包括喷孔组6，其中，喷孔组6包括两组喷孔，其中，子喷孔一62、子喷孔三66组成一组喷孔呈交叉状布置，在喷头1外壁汇聚成一处形成一个喷射点喷出扇状喷雾，子喷孔二64及子喷孔四68组成另一组喷孔呈交叉状布置，在喷头1外壁汇聚成一处形成另一个喷射点喷出扇状喷雾。旋流腔2刻有旋流槽4，高速运动的燃油在进油口6进入，沿旋流槽向下运动，由此产生离心力。
交叉孔结构的燃油喷嘴是利用喷孔结构使液相产生汇聚和挤压的作用，将一部分射流动能转化为湍动能，在有效减小喷雾贯穿距的同时，增加燃油喷出后的喷雾锥角。
如图4所示，针对低压喷射条件进行的模拟计算，模型的上游喷射压力设为45MPa,下游的环境压力设为2.1MPa，交叉孔1两个子喷孔的交叉角度为15°，交叉孔2两个子喷孔的交叉角度为30°。喷孔内流的模拟结果表明，无论两个子喷孔的交叉角度为15°或是两个子喷孔的交叉角度为30°，交叉孔结构使燃油与壁面的相互作用加强，在出口平面内较大的径向速度分量是区别于单孔的显著特征，径向的液体内力是产生较大喷雾锥角的主要原因，而在径向X和Y方向上液体内力大小不同则导致了喷雾在这两个方向上的增长率出现差异，最终形成了扇状喷雾，图4中，颜色越深，速度越大。
本发明的工作原理：燃油8经进油口5进入旋管，高速运动的燃油沿着旋流槽4向下旋转，由此产生离心力，经过喷孔组6时，子喷孔一62与子喷孔三66的交叉设计组成一组喷孔可以在喷头1外壁汇聚形成一个喷射点，子喷孔二64与子喷孔四68的交叉设计组成另一组喷孔可以在喷头1外壁汇聚形成另一个喷射点，两组喷孔形成喷孔组6，最终由喷孔组6喷出扇状喷雾。最终在喷头外壁喷出使部分射流动能转化为湍动能，同时增加喷雾在径向的增长。

Claims (2)

1.一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴，其特征在于，包括旋管和喷头(1)，其中，旋管包括进油口(5)，旋流槽(4)，旋流腔(2)，管壁(3)，所述喷头(1)包括呈交叉状布置的子喷孔，沿着喷头(1)内壁圆周的切向方向，且朝着喷头(1)外壁方向打孔以形成所述子喷孔，由2个或2个以上子喷孔形成一组喷孔，且在喷头(1)外壁汇聚成一处组成一组喷孔形成一个喷射点，多组喷孔形成喷孔组(6)，最终由喷孔组(6)喷出扇状喷雾。
2.根据权利要求1所述一种采用离心-高燃动交叉孔结构的燃油喷嘴，其特征在于，所述旋流腔(2)刻有旋流槽(4)，高速运动的燃油在进油口(5)进入，沿旋流槽向下运动。
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CN114688527A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 大连理工大学 一种具有交叉喷孔结构的气体辅助雾化喷嘴

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CN202835445U (zh) * 2012-08-23 2013-03-27 中国航空动力机械研究所 离心雾化喷嘴

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