CN112610982B - 一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，装置内的凹腔前壁面、中心钝体、导流板、支板和帽罩为一体成型结构，且凹腔前壁面、导流板和帽罩形成空腔结构，所述导流板上设有使空腔结构与主流通道相连通的进气缝，所述进气缝将空腔结构内的空气以垂直于主流通道的方向射入主流通道。本发明通过对导流板进气缝进行合理的设计和布置，可以有效地抑制由支板引起的部分空气向凹腔的卷吸，进而减少卷吸空气对凹腔内部流场的影响，使得凹腔可以在更高的主流流速下稳定火焰；同时可以减轻头部装置负担，从而降低整个燃烧室的结构重量。

Description

一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置
技术领域
本发明属于燃烧室技术领域，具体涉及一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置。
背景技术
随着人类对生存环境、健康的关注日益增加，以牺牲环境换取经济增长的发展方式越来越不被人们认可。世界环保组织和各国不断制定新的环保法规，以限制各类污染物的排放，对航空发动机的排放同样提出了越来越严格的要求。因此，控制航空发动机的污染物排放引起了各国人民和政府的极大关注。
航空发动机污染物排放主要来源于燃烧室，燃烧室作为航空发动机的三大核心部件之一，其主要作用是将燃料的化学能转化为燃气的内能。然而，燃烧室将燃料的化学能转化为燃气内能的过程中，不可避免的会产生一些排放污染物，如：NOx、CO、HC以及碳颗粒等。因此，采用何种方法或技术降低燃烧室中NOx、CO、HC以及碳颗粒等有害污染物的生成已经成为了各国科研人员和主要发动机生厂商研究的重点课题。为了降低燃烧室中的污染物排放，科研人员提出了一系列的低排放燃烧技术，如：富油燃烧/快速淬熄/贫油燃烧(RichQuench Lean，RQL)燃烧技术，贫油预混预蒸发LPP(Lean Premix PartiallyPrevaporized)燃烧技术以及贫油直混LDI(Lean Directly Injection)燃烧技术等。
除以上低排放燃烧技术外，近年来驻涡燃烧技术由于不仅可以降低燃烧室的污染物排放，同时还具有结构紧凑、总压损失小等特点，得到了科研人员的广泛关注，并投入大量人力物力开展相关研究。不同于传统旋流燃烧室依靠旋流器产生回流区实现火焰稳定。驻涡燃烧室利用火焰筒壁形成的凹腔，通过合理组织进入凹腔中的空气，可以在凹腔内形成了驻定的旋涡流动结构，从而稳定火焰。为使主流油气混合物充分掺混并快速燃烧，驻涡燃烧室在主流进气通道中设计了支板结构。在支板的作用下，主流的油气可以快速充分的混合并充分燃烧，显著地提升了主流的性能。但是由于支板的加入，使得一部分油气会被吸卷入凹腔，破坏凹腔内的流场结构，使凹腔无法有效地稳定火焰。
为了使支板结构既能增强主流油气之间的掺混，同时不破坏凹腔内的流动结构，需要抑制由于支板引起的空气向凹腔中的卷吸。因此，本发明提出一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，本发明通过对驻涡燃烧室头部装置进行特殊的结构设计及布置方式，不仅可以达到抑制空气向凹腔卷吸进而保护腔内流场不被卷吸空气破坏的目的，同时还能降低驻涡燃烧室头部结构的重量，解决了现有的驻涡燃烧室由于设计了支板结构，导致凹腔无法有效稳定火焰的问题。
技术方案：本发明一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，包括凹腔前壁面，所述凹腔前壁面的一侧中部设有中心钝体，位于所述中心钝体两侧的凹腔前壁面上依次设有导流板和帽罩，所述导流板与中心钝体之间形成主流通道，且位于导流板与中心钝体之间的凹腔前壁面上设有主流口和支板，所述凹腔前壁面、中心钝体、导流板、支板和帽罩为一体成型结构，且凹腔前壁面、导流板和帽罩形成空腔结构，所述导流板上设有使空腔结构与主流通道相连通的进气缝，所述进气缝将空腔结构内的空气以垂直于主流通道的方向射入主流通道。
进一步的，所述导流板与帽罩之间留有间隙，所述间隙将空气引入由凹腔前壁面、导流板和帽罩形成的空腔结构内。
进一步的，所述进气缝的数量与主流口的数量相同且两者一一对应，进气缝的宽度与相对应的主流口宽度相同。
进一步的，所述进气缝距离凹腔前壁面为0～10mm，进气缝的宽度为1～5mm。
进一步的，通过所述进气缝的空气流量为通过主流通道空气流量的2％～10％。
本发明通过进气缝的独特设计，其不仅可以降低导流板的结构重量，同时可以引入一股与主流通道流动方向垂直的空气射流，有效地抑制主流空气向凹腔中的受迫卷吸，使凹腔中的流场结构不被破坏，进而使凹腔能够在更宽的工况范围内稳定火焰。
有益效果：本发明通过对导流板进气缝进行合理的设计和布置，可以有效地抑制由支板引起的部分空气向凹腔的卷吸，进而减少卷吸空气对凹腔内部流场的影响，使得凹腔可以在更高的主流流速下稳定火焰；同时可以减轻头部装置负担，从而降低整个燃烧室的结构重量。
附图说明
图1为现有的驻涡燃烧室结构与流动示意图；
图2为本发明的燃烧室头部装置安装示意图；
图3为图2中A处放大图；
图4为本发明结构示意图；
图5为本发明的燃烧室头部装置流动示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1所示，现有的驻涡燃烧室头部装置22，包括凹腔前壁面1，凹腔前壁面1的一侧中部设有中心钝体2，位于中心钝体2两侧的凹腔前壁面1上依次设有导流板3和帽罩4，导流板3与帽罩4之间留有间隙，间隙将空气引入由凹腔前壁面1、导流板3和帽罩4形成的空腔20结构内；导流板3与中心钝体2之间形成主流通道5，且位于导流板3与中心钝体2之间的凹腔前壁面1上设有主流口6和支板7，在支板7的作用下，主流的油气可以快速充分的混合并充分燃烧，显著地提升了主流的性能；
现有的驻涡燃烧室还包括扩压器8、外机匣9、内机匣10、凹腔11、凹腔前进气缝12、旋涡流动结构13、凹腔后进气缝14、火焰筒15、主燃孔16、掺混孔17、外环腔18、内环腔19；空气从扩压器8进入燃烧室，并在扩压器8的作用下减速增压，为后续的燃烧组织做准备；空气从扩压器8流出，一步分空气流燃烧室外环腔18以及燃烧室的内环腔19，流入燃烧室外环腔18以及燃烧室内环腔19的空气一部分从凹腔前进气缝12、凹腔后进气缝14进入凹腔11，并在凹腔11内形成旋涡流动结构13，流入燃烧室外环腔18以及燃烧室内环腔19的其余部分空气从火焰筒15壁面上的主燃孔16和掺混孔17进入火焰筒；空气从扩压器8流出后，一部分从导流板3与帽罩4之间的间隙流入空腔20，其余部分流经中心钝体2、主流通道5、支板7，并从主流口6流入火焰筒15。由于支板7的作用，从主流口6流入火焰筒15中的部分空气会卷吸进凹腔11中，凹腔11中的旋涡流动结构13收到这部分卷吸空气的影响会被挤压变小或被破坏，使其无法有效稳定火焰；
如图2至图4所示，本发明的驻涡燃烧室头部装置，凹腔前壁面1、中心钝体2、导流板3、支板7和帽罩4为一体成型结构，且凹腔前壁面1、导流板3和帽罩4形成空腔20结构，导流板3上设有使空腔20结构与主流通道5相连通的进气缝21，进气缝21将空腔20结构内的空气以垂直于主流通道5的方向射入主流通道5；进气缝21的数量与主流口6的数量相同且两者一一对应，本实施例的进气缝21和主流口6的数量均为两个，进气缝21的宽度与相对应的主流口6宽度相同；进气缝21距离凹腔前壁面1为0～10mm，进气缝21的宽度为1～5mm；
如图5所示，为了抑制由于支板7引起的部分空气向凹腔11中卷吸，本发明在导流板3上设有与主流通道5相对应的进气缝21，通过进气缝21的空气流量为通过主流通道5空气流量的2％～10％；由于进气缝21的设计，空腔20中的空气以垂直于主流通道5的方向流入主流通道5，在这部分空气垂直射流的作用下，使在支板7作用下卷入凹腔11的部分空气得到明显的抑制，进而使凹腔11内的旋涡流动结构13不被卷吸的空气影响，可以充满整个凹腔11，并在凹腔11的保护下起到稳定火焰的作用。

Claims (5)

1.一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，包括凹腔前壁面，所述凹腔前壁面的一侧中部设有中心钝体，位于所述中心钝体两侧的凹腔前壁面上依次设有导流板和帽罩，所述导流板与中心钝体之间形成主流通道，且位于导流板与中心钝体之间的凹腔前壁面上设有主流口和支板，其特征在于：所述凹腔前壁面、中心钝体、导流板、支板和帽罩为一体成型结构，且凹腔前壁面、导流板和帽罩形成空腔结构，所述导流板上设有使空腔结构与主流通道相连通的进气缝，所述进气缝将空腔结构内的空气以垂直于主流通道的方向射入主流通道。
2.根据权利要求1所述的一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，其特征在于：所述导流板与帽罩之间留有间隙，所述间隙将空气引入由凹腔前壁面、导流板和帽罩形成的空腔结构内。
3.根据权利要求1所述的一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，其特征在于：所述进气缝的数量与主流口的数量相同且两者一一对应，进气缝的宽度与相对应的主流口宽度相同。
4.根据权利要求3所述的一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，其特征在于：所述进气缝距离凹腔前壁面为0～10mm，进气缝的宽度为1～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种具有抑制主流向凹腔卷吸的驻涡燃烧室头部装置，其特征在于：通过所述进气缝的空气流量为通过主流通道空气流量的2％～10％。
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