CN112902228A - 微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管 - Google Patents

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张群
王紫欣
高耀红
王晓燕
马晓曦
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Abstract

本发明提供了微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其外部设置了多个波纹式肋片结构，内部设置了多个蜂窝孔。蒸发管内部的蜂窝孔结构，不仅能够增大内壁面的表面积，使得燃油混气与蒸发管的接触面积增加，换热效果增强，而且，该结构在一定程度上能够降低燃油混气的流速，增大燃油混气的紊流度，使得燃油混气在蒸发管内的停留时间增加。蒸发管外部的波纹式肋片增大了外壁面的面积，增强了高温气流的紊流度，强化了火焰筒内高温气流与蒸发管换热，同时，波纹式肋片能够有效减小蒸发管在高温中所受到的热应力。内外两方面共同作用使得微型发动机燃烧室蒸发管内燃油雾化蒸发效果增强，同时也在一定程度上避免了热应力的问题。

Description

微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管
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蜂窝—波纹式蒸发管并能有效改善燃烧室内燃油雾化蒸发效果，从而提高微型燃烧室内的燃烧效率。
背景技术
随着社会的发展，微型动力设备的需求量与日俱增，微型燃气涡轮发动机以其功率密度大的特点得到了越来越广泛的应用。燃烧室作为发动机的核心部件，在微型化时由于其结构紧凑、燃烧空间小的固有特点，性能受到严重的制约。
与常规尺度的燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，从而使得气流停留时间短，散热损失大，最后导致火焰筒中出现不稳定燃烧的现象。新一代微型发动机采用的燃烧室主要有两种：直流环形燃烧室和回流环形燃烧室。两者对比分析，高性能微型发动机采用直流环形燃烧室是主流发展方向。这种微型直流环形燃烧室受到空间布局的限制，在燃油雾化、蒸发方面一般采用结构简单、供油压力低的蒸发管供油。液体燃料经过蒸发管时，逐渐蒸发为气态，在燃烧之前和蒸发管里的空气已经初步掺混，这样缩短了气流在燃烧室滞留的时间，并且能够较好地燃烧，采用此种方式供油可以在较短的燃烧停留时间下获得较高的燃烧性能。
不同结构形式的蒸发管，燃油雾化蒸发的效果不一样，大部分微型燃烧室采用的蒸发管为直筒、T型或者L型结构形式，能够一定程度上的提高燃烧效率，但效果较差，这方面的研究还有待提高，蒸发管结构设计具有良好的研究前景。
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蜂窝—波纹式蒸发管，对燃烧室内燃油雾化和蒸发有较好的改善和提高效果。与现有技术相比，本发明的优点是相对于其他微型燃烧室蒸发管，本结构能增加燃油在蒸发管内停留时间，增大气流的紊流度，增加气流与蒸发管的接触面积，从而能够强化蒸发管换热效果，提高燃油在蒸发管内的蒸发雾化效果。
技术方案
本发明的目的在于提供一种微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管。
本发明技术方案如下：
微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，包括蒸发管内壁面蜂窝孔结构及外壁面波纹式肋片结构。其特征在于：在蒸发管外侧的径向环形分布波纹式肋片，在蒸发管内侧径向和轴向均匀分布蜂窝孔结构。
所述微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其特征在于：蒸发管内壁面蜂窝孔结构深度为0.5～2mm，边长为1～3mm，径向分布数量为10～30个，具体深度、宽度设置应根据蒸发管的时间尺寸进行设计，径向分布数量也应根据蒸发管直径进行合理分配。
所述微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其特征在于：在蒸发管外侧径向设置波纹式肋片结构，波纹式肋片结构尺寸高度为1～2mm，一个波峰和一个波谷为一个循环单元，一个循环单元长8～12mm，轴向连续分布10～20个，径向沿蒸发管壁面环形分布8～30个。
所述微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其特征在于：蒸发管内壁面蜂窝孔结构和外壁面波纹式肋片结构在径向上等距分布，蜂窝孔结构在轴向上等距分布，具体的数量分布应根据蒸发管的长度进行设置。
本发明具有以下有益效果：
蒸发管的雾化蒸发效果对微型发动机燃烧室的性能有很大影响，其主要影响燃烧室的燃烧效率，即燃烧效率越高，燃烧室的性能就越好。与普通蒸发管相比，带有蜂窝孔的蒸发管增加了内壁面与气流的接触面积，强化了换热，同时气流流经蜂窝孔时会在蜂窝孔内产生涡流，增加气流的紊流度，提升了燃油在蒸发管内的停留时间，使燃油在蒸发管内更充分地蒸发混合。蒸发管外壁面的波纹式肋片结构增大了蒸发管外壁面的面积，从而增加了蒸发管与火焰筒内高温气流的换热，进一步强化换热，对蒸发管内的燃油雾化蒸发有促进作用，波纹式肋片能够有效减小蒸发管在高温中所受到的热应力。
附图说明
图1：微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管整体三维示意图
图2：微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管俯视图
图3：微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管主视图
图4：微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管剖视图
图中：1－蒸发管外壁，2－蒸发管内壁，3－蜂窝孔，4－波纹式肋片
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发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管结构设计。其中，图1为微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管的三维结构示意图，图2为微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管的俯视图，可以看出蒸发管外壁波纹式肋片的分布以及管口的形状，图3为微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管的主视图，图4为微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管剖视图，可以从中看出蒸发管内壁蜂窝孔沿轴向和周向的分布情况。
空气经蒸发管进口进入蒸发管，蒸发管上端进行喷油，燃油与空气形成混气，经蒸发管蒸发雾化，进入火焰筒内进行燃烧。在蒸发管内蜂窝孔有稳住气流的作用，蜂窝孔结构使蒸发管内燃油混气与蒸发管内壁的接触面积增大，强化换热，且燃油与空气混合的空间增大，同时在蜂窝孔内会产生涡流形成回流区，让混气在蒸发管内的停留时间增加，使燃油混气在蒸发管内更充分地蒸发混合。图3所示蒸发管外壁面均匀分布的波纹式肋片不仅有效地增加了外壁面的面积，使得火焰筒内高温气体与蒸发管外壁接触面积增大，从而强化了蒸发管壁面与火焰筒高温气流的换热，使燃油更好地在蒸发管内雾化蒸发，而且能够有效减小蒸发管在高温中所受到的热应力。
在蒸发管内得到雾化蒸发好的燃油混气，之后进入火焰筒内进行燃烧放热，让燃油混气更充分地燃烧，有效地提高燃烧室的燃烧效率，使得发动机燃烧室的燃烧性能得到很大的改善，从而发动机的整体性能在一定程度上也能得到提升。

Claims (4)

1.微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，包括蒸发管内壁面蜂窝孔结构及外壁面波纹式肋片结构。其特征在于：在蒸发管外侧的径向环形分布波纹式肋片，在蒸发管内侧径向和轴向均匀分布蜂窝孔结构。
2.根据权利要求1所述的微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其特征在于：蒸发管内壁面蜂窝孔结构深度为0.5～2mm，边长为1～3mm，径向分布数量为10～30个，具体深度、宽度设置应根据蒸发管的时间尺寸进行设计，径向分布数量也应根据蒸发管直径进行合理分配。
3.根据权利要求1所述的微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其特征在于：在蒸发管外侧径向设置波纹式肋片结构，波纹式肋片结构尺寸高度为1～2mm，一个波峰和一个波谷为一个循环单元，一个循环单元长8～12mm，轴向连续分布10～20个，径向沿蒸发管壁面环形分布8～30个。
4.根据权利要求1所述的微型发动机燃烧室蜂窝—波纹式蒸发管，其特征在于：蒸发管内壁面蜂窝孔结构和外壁面波纹式肋片结构在径向上等距分布，蜂窝孔结构在轴向上等距分布，具体的数量分布应根据蒸发管的长度进行设置。
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