CN115355537A - 一种氢燃料回流型燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种氢燃料回流型燃烧室，所述回流型燃烧室包括：外罩；自所述外罩的内侧向碗口方向延伸的氢气射流板，所述氢气射流板延着氢气射流板长度方向设置有氢气进气通道，在所述氢气射流板的根部相对于旋流通道的位置设置连通氢气进气通道的氢气射流孔；沿着平行于外罩轴线方向延伸且设置在氢气射流板与外罩之间的套筒，所述套筒与外罩之间形成进气通道，所述套筒与氢气射流板之间形成回流通道，所述套筒伸入外罩内的末端与所述外罩之间之间具有间隙，所述间隙形成旋流通道，其中，所述套筒上设有若干的连通进气通道和回流通道的空气射流孔。

Description

一种氢燃料回流型燃烧室
技术领域
本申请属于发动机设计技术领域，特别涉及一种氢燃料回流型燃烧室。
背景技术
传统的采用航空煤油的航空发动机燃烧室，因航空煤油分子中含碳量大，燃烧室碳排放量相对较多，无法实现“脱碳”排放。虽然可采用低NOx排放燃烧组织方式，但因航空煤油燃烧速率慢，无法在较短的轴向距离内实现高效率燃烧，因此燃烧室所需冷却气量多，主燃区很难通过贫油设计降低NOx。同时，由于燃烧室轴向尺寸长，延长了燃气驻留时间，迫使NOx的排放量增加，燃烧室重量大。
氢燃料因组份构成优势，当氢气燃烧时，产物为水或水蒸气，可以彻底实现零碳排放。与航空煤油相比，氢气的稳定燃烧范围更宽，可在与空气混合不充分的条件下燃烧，大幅度拓宽了发动机的稳定工作边界。同时，氢气的燃油热值约是航空煤油的3倍，在消耗同等空气量时，所需氢气显著减少。
因此，采用氢燃料取代航空煤油具有广泛前景。为此，需要一种可以实现氢燃料燃烧的燃烧室。
发明内容
本申请的目的是提供了一种氢燃料回流型燃烧室，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种氢燃料回流型燃烧室，所述回流型燃烧室包括：
外罩；
自所述外罩的内侧向碗口方向延伸的氢气射流板，所述氢气射流板延着氢气射流板长度方向设置有氢气进气通道，在所述氢气射流板的根部相对于旋流通道的位置设置连通氢气进气通道的氢气射流孔；
沿着平行于外罩轴线方向延伸且设置在氢气射流板与外罩之间的套筒，所述套筒与外罩之间形成进气通道，所述套筒与氢气射流板之间形成回流通道，所述套筒伸入外罩内的末端与所述外罩之间之间具有间隙，所述间隙形成旋流通道，其中，所述套筒上设有若干的连通进气通道和回流通道的空气射流孔。
进一步的，所述外罩具有水平壁面及竖直壁面，自环状的所述水平壁面一端逐渐收敛过渡到竖直壁面形成碗状的外罩。
进一步的，所述氢气射流板为矩形结构，所示氢气进气通道为矩形通道。
进一步的，所述氢气射流板的氢气射流孔轴线距氢气射流板的端面距离与所述套筒的长度相同。
进一步的，所述空气射流孔的尺寸大于所述氢气射流孔的尺寸。
进一步的，所述套筒的直径与氢气射流板的长度相同。
进一步的，所述套筒上设置的空气射流孔在周向方向上非均匀的分布，且所述空气射流孔以所述氢气射流板对称设置。
进一步的，所述套筒与氢气射流板之间形成半圆形的回流通道。
进一步的，所述外罩、套筒和氢气射流板通过增材制造方式实现一体加工。
本申请提供的氢燃料回流型燃烧室具有如下优点：
1)可以实现氢燃料的燃烧，实现零碳排放；
2)通过非预混贫油燃烧组织方式，可使燃烧火焰温度低，NOx排放量得到显著降低，极大降低了污染燃烧，同时这种非预混燃烧模式降低了回火的风险，提升了燃烧室的工作稳定性；
3)采用的氢气燃烧速度快，可在短范围内高效率燃烧，停留时间短，可大幅缩短燃烧室的轴线尺寸，同时结合回流型结构可进一步缩短燃烧室的轴线长度，实现了燃烧室的紧凑化设计；
4)基于氢气宽适燃特点，可拓宽燃烧室贫油熄火边界，实现发动机更宽广的工作范围，降低发动机的飞行耗油量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的氢燃料回流型燃烧室截面示意图。
图2为基于图1中的P向示意图。
附图标记：
1-外罩
11-水平壁面
12-竖直壁面
13-进气通道
14-旋流通道
2-套筒
21-空气射流孔
22-回流通道
3-氢气射流板
31-氢气进气通道
32-氢气射流孔
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图1和图2所示，本申请提供的氢燃料回流型燃烧包括：外罩1、套筒2和氢气射流板3。
外罩1总体上成碗状，其左侧具有环状的水平壁面11，左侧的水平壁面11逐渐收敛过渡到右端的竖直壁面12，从而形成碗状的外罩1。
自外罩1的内侧向左侧的碗口方向延伸出一氢气射流板3。氢气射流板3总体上成矩形，其具有延着氢气射流板3的轴线方向延伸的氢气进气通道31，该氢气进气通道31也为矩形通道，在氢气射流板3上靠近外罩1的根部向上下两侧的回流通道22设有多个连通氢气进气通道31的氢气射流孔32。
套筒2整体上成环状，其设置在氢气射流板3与外罩1之间，从而使外罩1与套筒2之间形成环形的进气通道13，套筒2与氢气射流板3之间形成半圆形的回流通道22。其中，伸入外罩1内的套筒2末端与外罩1之间并未连接，两者之间具有间隙，该间隙形成旋流通道14。
在本申请优选实施例中，氢气射流板3上设置的氢气射流孔32轴线大致的与套筒2的末端平齐，从而可以使自氢气射流孔32设置的氢燃料与旋流通道14处的旋流形成较为充分的混合。
在本申请中，套筒2上在周向上分布有若干的空气射流孔21，该空气射流孔21位于相较于旋流通道14，更加的靠近套筒2或外罩1的左侧入口。
在本申请优选实施例中，套筒2的直径与氢气射流板3的长度相同，从而使套筒2和氢气射流板3能够相融合。进一步的，套筒2中的空气射流孔21在周向上非均匀的分布，但空气射流孔21以氢气射流板3形成对称结构。如图2所示，在本申请该实施例中，由于套筒2与氢气射流板3在水平位置相融合，因此空气射流孔21以氢气射流板3为轴线而分布在套筒2的上下两侧，每侧的空气射流孔21为三个，以氢气射流板3轴线对称。
在本申请一些实施例中，外罩1、套筒2和氢气射流板3可通过增材制造实现一体加工，或是通过铸造加机加的方式实现制造，或是外罩1、套筒2和氢气射流板3为三个独立的部件，三者通过焊接方式实现固定。
在使用时，主流空气Q1通过外罩1与套筒2之间的进气通道13，进入外罩1的右端头部区域，氢燃料Q2通过氢气射流板3的氢气进气通道31进入至氢气射流孔32，在氢气射流孔32的垂直射流辅助下，主流空气在外罩1与套筒2的旋流通道14处形成多个微小尺度的回流区，两种气体充分混合，形成微小尺度火焰团，并不断引燃新鲜来流空气。已燃气体沿着回流通道22向外流动，并与套筒2上设置的空气射流孔21流出的空气射流进行掺混燃烧，形成均匀的出口温度场。因氢气燃烧速度快、燃烧效率高，燃烧室轴向长度短，大部分空气进入头部，实现了贫油非预混燃烧，燃气驻留时间短，大幅度降低了NOx的排放。
本申请提供的氢燃料回流型燃烧室具有如下优点：
1)可以实现氢燃料的燃烧，实现零碳排放；
2)通过非预混贫油燃烧组织方式，可使燃烧火焰温度低，NOx排放量得到显著降低，极大降低了污染燃烧，同时这种非预混燃烧模式降低了回火的风险，提升了燃烧室的工作稳定性；
3)采用的氢气燃烧速度快，可在短范围内高效率燃烧，停留时间短，可大幅缩短燃烧室的轴线尺寸，同时结合回流型结构可进一步缩短燃烧室的轴线长度，实现了燃烧室的紧凑化设计；
4)基于氢气宽适燃特点，可拓宽燃烧室贫油熄火边界，实现发动机更宽广的工作范围，降低发动机的飞行耗油量。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述氢燃料回流型燃烧室包括：
外罩(1)；
自所述外罩(1)的内侧向碗口方向延伸的氢气射流板(3)，所述氢气射流板(3)延着氢气射流板长度方向设置有氢气进气通道(31)，在所述氢气射流板(3)的根部相对于旋流通道(14)的位置设置连通氢气进气通道(31)的氢气射流孔(32)；
沿着平行于外罩(1)轴线方向延伸且设置在氢气射流板(3)与外罩(1)之间的套筒(2)，所述套筒(2)与外罩(1)之间形成进气通道(13)，所述套筒(2)与氢气射流板(3)之间形成回流通道(22)，所述套筒(2)伸入外罩(1)内的末端与所述外罩(1)之间之间具有间隙，所述间隙形成旋流通道(14)，其中，所述套筒(2)上设有若干的连通进气通道(13)和回流通道(22)的空气射流孔(21)。
2.如权利要求1所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述外罩(1)具有水平壁面(11)及竖直壁面(12)，自环状的所述水平壁面(11)一端逐渐收敛过渡到竖直壁面(12)形成碗状的外罩(1)。
3.如权利要求1所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述氢气射流板(3)为矩形结构，所示氢气进气通道(31)为矩形通道。
4.如权利要求1所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述氢气射流板(3)的氢气射流孔(32)轴线距氢气射流板(3)的端面距离与所述套筒(2)的长度相同。
5.如权利要求1所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述空气射流孔(21)的尺寸大于所述氢气射流孔(32)的尺寸。
6.如权利要求1所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述套筒(2)的直径与氢气射流板(3)的长度相同。
7.如权利要求6所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述套筒(2)上设置的空气射流孔(21)在周向方向上非均匀的分布，且所述空气射流孔(21)以所述氢气射流板(3)对称设置。
8.如权利要求6所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述套筒(2)与氢气射流板(3)之间形成半圆形的回流通道(22)。
9.如权利要求1至8任一所述的氢燃料回流型燃烧室，其特征在于，所述外罩(1)、套筒(2)和氢气射流板(3)通过增材制造方式实现一体加工。
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