CN204511708U - 一种用于混合器的扰流体 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于混合器的扰流体，设于混合器混合气出气口处，包括扰流体外环、设于扰流体外环内的扰流环以及倾斜设置在扰流环外壁和扰流体外环内壁之间的扰流片，所述扰流片将扰流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的六个部分；扰流体外环上部的内径沿混合气体的流向逐渐缩小；本实用新型的扰流体，通过扰流环和扰流片可以使天然气和空气混合更加均匀，沿着混合器内壁流动的气体流动到扰流体外环时受阻，在扰流体外环上部斜面的作用下可使受阻的气体产生回流并进行二次混合，进一步提升混合均匀度，同时该扰流体一体成型，制造方便，成本低。

Description

一种用于混合器的扰流体
技术领域
本实用新型属于燃气发动机技术领域，具体涉及一种用于混合器的扰流体。
背景技术
燃气发动机中的混合器，是将天然气和空气充分混合形成可燃混合气供给发动机。混合器应能将空气和天然气充分、均匀的混合。
如图9～图11所示，专利号为“ZL201220347243.9”、专利名称为“混合器总成”的专利，公开的混合器包括混合器体、设于混合器体中的混合器芯子和四只泪滴型支管，空气进入混合器的时候，按照运动学的原理，空气通过泪滴型支管外表产生一种扰动，可以使从芯子小孔里面出来的燃气能够更均匀的混合。
如果空气与燃气完全混合均匀，混合均匀度应该为1，通过分析计算，上述专利的混合器混合均匀度约为76％，距离完全混合均匀还有很大的差距，而空气与燃气混合不均匀容易造成燃气发动机怠速不稳、积炭、燃烧不充分、乏力等故障。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种可使混合器混合均匀度更高的扰流体。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种用于混合器的扰流体，设于混合器体混合气出气口处，包括扰流体外环、设于扰流体外环内的扰流环以及倾斜设置在扰流环外壁和扰流体外环内壁之间的扰流片，所述扰流片将扰流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的六个部分；扰流体外环上部的内径沿混合气体的流向逐渐缩小。
优选地，所述扰流环和扰流体外环为同心圆环。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的扰流体，通过扰流环和扰流片可以使天然气和空气混合更加均匀，沿着混合器体内壁流动的气体流动到扰流体外环时受阻，在扰流体外环上部斜面的作用下可使受阻的气体产生回流并进行二次混合，进一步提升混合均匀度，同时该扰流体一体成型，制造方便，成本低。
附图说明
图1是本实用新型混合器的结构示意图；
图2是本实用新型混合器的俯视图；
图3是图2的A-A的剖视图；
图4是图2的B-B的剖视图；
图5是本实用新型出气体的结构示意图；
图6是本实用新型收缩环的结构示意图；
图7是本实用新型扰流体的结构示意图；
图8是本实用新型扰流体的俯视图；
图9是专利号为“ZL201220347243.9”的混合器的结构示意图；
图10是专利号为“ZL201220347243.9”的混合器的俯视图；
图11是图10的A-A的剖视图。
附图标记说明：1、导流环；2、导流柱；3、天然气进气口；4、收缩环；5、进气体；6、出气体；7、扰流环；8、扰流片；9、扰流体外环；10、销钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：
如图1～图8所示，本实用新型的混合器，包括混合器体、导流体和扰流体，混合器体为具有空气进气口和混合气出气口的中空结构，导流体和扰流体均安装在混合器体内部，导流体位于空气进气口和混合气出气口之间，用于喷射天然气，并对从空气进气口进入的空气起导向作用；扰流体位于混合器体混合气出气口处，顺着空气流向位于导流体的下方，用于进一步扰乱混合气体，提升空气与燃气的混合均匀度。
导流体包括导流环1和设置在导流环1中的导流柱2，导流柱2相交于导流环1的圆心位置并将导流环1分隔为均匀的三个部分，导流环1和导流柱2上均设有将天然气喷到混合器体中的若干天然气喷孔，导流环1和导流柱2均为中空且彼此相通。
混合器体的侧面设有天然气进气口3，天然气进气口3与导流环1相通，由天然气进气口3进入的天然气首先进入导流环1，部分天然气通过导流环1上的天然气喷孔进入混合器体，剩余的天然气再通过导流环1进入导流柱2，最后从导流柱2上的天然气喷孔进入混合器体。
导流环1和导流柱2的横截面均为沿空气流向由大变小的水滴形，导流环1和导流柱2以及导流环1和混合器体内壁组成多个类似于文丘里管的结构，当空气流过导流环1和导流柱2组成的导流体时，空气受到挤压，流速增快，更快的流速更利于天然气和空气的混合。
天然气喷孔均匀设置在导流环1和导流柱2的两侧，天然气喷孔所处位置点的切线与空气流向平行，即天然气喷孔设于导流环1和导流柱2横截面最宽的地方，且所有天然气喷孔位于同一水平面，由于文丘里效应的作用，天然气喷孔所处的位置空气流速增加，在该位置同时产生低压，对天然气喷孔中的天然气产生吸附作用，增加了天然气的动能，使空气和天然气的混合更加均匀。
扰流体包括扰流环7和倾斜设置在扰流环7和混合器体内壁之间的扰流片8，扰流片8的一端与扰流环7的外壁相连，另一端与混合器体内壁相连，扰流片8的数量为六，六片扰流片8将扰流环7和混合器体之间的环形空间分隔为均匀的六个部分，混合气体流经扰流环7和扰流片8被进一步打乱混合。
混合器体空气进气口处设有收缩环4，收缩环4的内径沿空气流向逐渐变大，混合器体空气进气口进入的空气顺着收缩环4进入混合器体；收缩环4可看作一段较短的变径管，混合器通过更换不同大小的收缩环4可以非常容易地与不同大小的进口管道匹配。
在实际的生产中，为了方便加工，混合器由浇铸工艺制得的各部件拼接组成，主要包括进气体5和出气体6，进气体5中包括部分的导流环1和导流柱2，出气体6中包括部分的导流环1和导流柱2，当进气体5和出气体6相连时，气体5中部分的导流环1和导流柱2与出气体6中部分的导流环1和导流柱2组成完整的导流环1和导流柱2，收缩环4安装在进气体5的进气口处。
进气体5和出气体6通过四根螺钉相连，在连接的过程中为了方便定位，进气体5与出气体6相连的一端设有两个销孔，出气体6在相应部位也设有两个销孔，两个销钉10分别安装在销孔中对进气体5和出气体6进行定位。
扰流体为一体成型，包括扰流环7、扰流片8和扰流体外环9，扰流环7和扰流体外环9为同心圆环且扰流环7位于扰流体外环9内，扰流片8的一端与扰流环7外壁相连，另一端与扰流体外环9内壁相连，扰流体外环9外壁与出气体6的内壁贴合；部分空气沿着混合器体内壁流动的过程中几乎很少和天然气发生混合，如果让这部分气体通过混合气出气口排除的话则会降低混合均匀度，扰流环7和扰流体外环9上部的内径沿混合气体的气体流向逐渐缩小，沿着混合器体内壁流动的这部分气体流动到扰流体外环9时受阻，在斜面的作用下可使受阻的气体产生回流并进行二次混合，进一步提升混合均匀度。如果不考虑加工的原因，扰流体外环9可看作混合器体内壁的一部分，扰流片8直接与混合器体内壁相连。
进气体5设有销孔的一端还设有环形凹槽，该凹槽中设有密封圈用于保证进气体5与出气体6连接的气密性；为了保证混合器体与外部装置相连的气密性，在空气进气口和混合气出气口附近也分别设有密封圈，空气进气口附近的密封圈设于收缩环4与进气体5所形成的环形凹槽中，混合气出气口附近的密封圈设于扰流体与出气体6所形成的环形凹槽中。
对本实用新型的混合器的混合均匀性进行分析运算，评估天然气和空气在混合器中的混合情况，分析计算使用SolidWorks、UG等三维制图软件生成三维模型，通过转换成*.igs或*.step格式的文件导入ANSYS中，使用Workbench划分出空气和天然气的流域，使用ICEMCFD生成网格，最终使用FLUENT进行计算，计算模型使用的湍流模型为k-ε两方程湍流模型，近壁面处采用壁面函数法。
计算采用稳态计算，空气入口、燃气入口都给定恒定质量流量边界，出口设置为恒定压力边界，其中空气成份设定为由75％氮气和25％氧气组成，天然气成份设定为由100％的甲烷组成。
本次分析计算采用面积加权的燃气体积含量分布均匀度作为评价标准，如果空气和燃气完全混合均匀，这个值应为1，即均匀度b越接近1，说明天然气和空气混合得越均匀：
b = 1 - 0.5 × Σ [ ( a i a - 1 ) × s i ] Σ s i ,
其中，a为燃气体积含量平均值：
a = Σ ( a i × s i ) Σ s i ,
ai为各点燃气体积含量；
si为测量面上各点。
采用不同的边界条件(即不同排量的发动机的外特性数据)进行分析计算，所得的混合均匀度b如表1所示：
表1
由上表可知，本实用新型的混合器天然气和空气的混合均匀度与不同的边界条件有关，但至少为0.9409，混合均匀度最好的已经非常接近1，相对于原混合器混合均匀度(约为0.766)有了极大提升，而且本实用新型混合器的混合均匀度在行业内也达到了顶尖的水平。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于混合器的扰流体，其特征在于:设于混合器体混合气出气口处，包括扰流体外环(9)、设于扰流体外环(9)内的扰流环(7)以及倾斜设置在扰流环(7)外壁和扰流体外环(9)内壁之间的扰流片(8)，所述扰流片(8)将扰流环(7)和混合器体之间的空间分隔为均匀的六个部分；扰流体外环(9)上部的内径沿混合气体的流向逐渐缩小。
2.根据权利要求1所述的扰流体，其特征在于:所述扰流环(7)和扰流体外环(9)为同心圆环。
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