一种旋流反扩散火焰燃烧器的制作方法

本发明涉及一种燃烧器技术，特别是一种旋流反扩散火焰燃烧器。

背景技术：

扩散燃烧是一种稳定的燃烧方式，扩散燃烧火焰不会发生回火并且不易发生脱火。扩散燃烧又分为正扩散燃烧和反扩散燃烧两种。与正扩散火焰相反，反扩散火焰的中心区通入的是氧化剂，燃料在氧化剂的周围，能够生成初生状态的烟黑颗粒，可以用于燃烧颗粒物研究。

反扩散火焰的燃烧装置多为同轴环形燃烧器。即燃烧器由三层同心管构成，最内层通入氧化剂，中间层通入燃料，最外层会通入保护气体来保持火焰稳定燃烧。由于燃烧器的各层为同轴结构，管内气体流速一般为10cm/s-80cm/s且管径尺寸有限，所以管内气体流动状态均为层流，进而形成的火焰为层流反扩散火焰。

旋流器一般应用在航天发动机以及锅炉炉膛中，为了加强燃料与空气的混合，促进燃料迅速而稳定地着火和燃烧，提高燃烧效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种旋流反扩散火焰燃烧器，燃烧器出口处的燃料射出状态为旋流状态。

一种旋流反扩散火焰燃烧器，包括共轴的由内之外设置的燃烧器内管、燃烧器中管、燃烧器外管，以及旋片；其中旋片由若干叶片组成且叶片沿燃烧器内管周向以与轴向具有一倾角的方式设置于燃烧端口的燃烧器内管和燃烧器中管之间。

本发明将旋流器和层流反扩散燃烧器结合起来组成的旋流反扩散燃烧器与一般的层流反扩散燃烧器相比，旋流反扩散燃烧器的出口处，燃料是旋流状态，可以带动中心的氧化剂流动，从而加强燃料与氧化剂的混合程度，使燃烧更加充分，减少燃烧污染物的产生。同时，还可以研究在不同旋流强度下的火焰以及燃烧特性。因此对于旋流反扩散火焰具有更加广泛的研究和实际应用空间。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为旋流反扩散火焰燃烧器的主视图。

图2为旋流反扩散火焰燃烧器的侧视图。

图3为旋流反扩散火焰燃烧器的俯视图。

图4为曲叶片结构图。

图5为直叶片结构图。

图6为s＝0.30，n＝8时旋流器的正等侧视图。

图7为s＝0.24，n＝10时旋流器的正等侧视图。

图8为s＝0.18，n＝12时旋流器的正等侧视图。

具体实施方式

结合图1、图2、图4，一种旋流反扩散火焰燃烧器，包括共轴的由内之外设置的燃烧器内管4、燃烧器中管3、燃烧器外管1，以及旋片8。燃烧器内管4进气端设置弯管形内管进气口7；燃烧器中管3沿径向设置两个关于轴对称的中管进气口6；燃烧器外管1沿径向设置两组外管进气口5，且每一组外管进气口5以燃烧器外管1轴对称，不同组间的外观进气口5夹角为90°。旋片8由若干叶片组成且叶片沿燃烧器内管4周向以与轴向具有一倾角的方式设置于燃烧端口的燃烧器内管4和燃烧器中管3之间。

结合图4、图5，叶片表面为平面或曲面。若为曲面，其曲率为8.32-----16.64m^-1，弧度为0.174---0.348rad。

叶片的倾角和数量通过以下方法获取：

步骤s101，设置条件①：对于不同倾角和数量的叶片，流体在流经旋片时，不同旋流强度下的总流通截面积a相差在一定范围(0.5％)内，

设置条件②：旋片8遮盖度k范围为1～1.2之间和叶片数量范围8～16，

设置条件③：旋流强度s的范围在0.1～0.3之间；

步骤s102，建立的旋流强度s公式

建立总流通截面积a的公式

建立旋片8遮盖度k的公式

n为叶片数，θ为叶片周向倾角，li为燃烧器中管3相邻叶片间的弧长，l0为燃烧器内管4相邻叶片间的弧长，d0为燃烧器内管4外径，d1为燃烧器中管3内径，h为叶片轴向高度，c为燃烧器中管3内径周长；

步骤s103，预设若干旋流强度(例如0.1、0.2、0.3)且根据式(1)获取每一旋流强度对应的倾角p为迭代次数，q为不同旋流强度索引值，令p＝0；

步骤s104，将带入式(2)获取

步骤s105，将带入式(3)，若满足条件②，则转步骤s106；否则，p←p+1，更改倾角转步骤s104；

步骤s106，将带入式(1)获取s并判断s是否满足条件③，若满足，转步骤s107；否则，p←p+1，更改倾角转步骤s104；

步骤s107，将和带入式(2)，若满足条件①，则转步骤s108；否则，转步骤s104；

步骤s108，输出和

为保证以上旋片的设计过程既适用于直叶片也适用于曲叶片，轴向偏转角θ不超过30度。

在步骤s108中输出的叶片数量为四舍五入后的整数。

一种获取更为精确的叶片数量和倾角，包括以下步骤：

步骤s201，设置条件①：对于不同倾角和数量的叶片，流体在流经旋片时，不同旋流强度下的总流通截面积a相差在一定范围内，

设置条件①：对于不同倾角和数量的叶片，流体在流经旋片时，不同旋流强度下的总流通截面积a相差在一定范围(0.5％)内，

设置条件②：旋片8遮盖度k范围为1～1.2之间和叶片数量范围8～16，

设置条件③：旋流强度s的范围在0.1～0.3之间，

设置条件④：若叶片数量n包含小数，设置小数取值范围，本实施例中小数点后第一位大于等于9或小于等于1；

步骤s202，建立的旋流强度s公式

建立总流通截面积a的公式

建立旋片8遮盖度k的公式

n为叶片数，θ为叶片周向倾角，li为燃烧器中管3相邻叶片间的弧长，l0为燃烧器内管4相邻叶片间的弧长，d0为燃烧器内管4外径，d1为燃烧器中管3内径，h为叶片轴向高度，c为燃烧器中管3内径周长；

步骤s203，预设若干旋流强度(例如0.1、0.2、0.3)且根据式(1)获取每一旋流强度对应的倾角p为迭代次数，q为不同旋流强度索引值，令p＝0；

步骤s204，将带入式(2)获取

步骤s205，将带入式(3)，若满足条件②、④，则转步骤s206；否则，p←p+1，更改倾角转步骤s204；

步骤s206，将带入式(1)获取s并判断s是否满足条件③，若满足，转步骤s207；否则，p←p+1，更改倾角转步骤s204；

步骤s207，将和带入式(2)，若满足条件①，则转步骤s208；否则，转步骤s204；

步骤s208，输出和

为保证以上旋片的设计过程既适用于直叶片也适用于曲叶片，轴向偏转角θ不超过30度。

在步骤s208中输出的叶片数量为四舍五入后的整数。

然后将三组不同旋流强度的旋流器(如图6-8所示)，分别放置在层流反扩散燃烧器的气体燃料层出口位置。旋流器顶部平面与燃烧器出口截面保持平齐，旋片与内外两侧管壁应保证紧密结合，这是为了保证气体燃料流出燃烧器后仍然保持旋流状态。旋流器上下截面为对称结构，使相邻旋片间的流通截面在轴向高度变化最小。