微型发动机燃烧室内置肋片螺旋式蒸发管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种新型蒸发管设计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】
[0002]微型动力系统在近几年已成为国内外研究热点，其中微型涡轮发动机是最有前途的动力之一，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机中关键环节，也是最重要的部分，与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间短、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。
[0003]国内外虽已开展微型燃烧室的相关研究工作，但对于微型燃烧室的流动特征和性能的研究较少，对于微型发动机(推力小于50daN)的燃烧室，主要有两种:直流环形燃烧室和回流环形燃烧室，高性能微型发动机多采用直流环形燃烧，由于成本和空间限制，在燃油雾化、蒸发方面，基本采用结构简单的蒸发管式供油，采用此种方式供油方式可以在较短的燃烧停留时间条件下获得较高的燃烧性能。而其中蒸发管式的环形燃烧室具有雾化优良、燃烧效率高、供油压力低、成本低以及重量轻等多方面优点。在此种燃烧室中，蒸发管的结构设计对燃烧室内雾化、燃烧效率起关键性作用。
[0004]对于蒸发管结构方面的设计类型主要有“L”型和直筒型，壁面大部分仍然采用光滑壁面结构，燃油在此类蒸发管的停留时间短，与壁面的接触面积少，得到的雾化蒸发效果较差，要使蒸发管的雾化和蒸发效果更好，内部结构的设计起着关键作用。蒸发管设计的优良与否，对微型燃烧室性能有很大影响，在这方面具有很大研究前景。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提出一种能够增强微型燃烧室内燃油蒸发雾化效果的蒸发管结构设计方案。本技术采用蒸发管内置肋片和外形螺旋式，优点:增加燃油在蒸发管内停留时间，增大内壁面表面积，增加壁面与混气的换热。
[0006]技术方案
[0007]本发明的目的在于提供一种微型发动机燃烧室内置肋片螺旋式蒸发管。
[0008]本发明技术方案如下:
[0009]微型发动机燃烧室内置肋片螺旋式蒸发管，内置多个肋片。对于厘米级的蒸发管，壁面厚度为I?2mm，直径为5?10mm，长度为4?10cm。
[0010]所述蒸发管内置肋片，其特征在于:在蒸发管内按轴向方向设置多个肋片结构。肋片结构分为圆孔型和“8”字孔型。
[0011]所述圆孔型肋片结构，其特征在于:分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm?5mm;周边小圆，直径尺寸设置为0.5?2mm之间，绕中心圆形分布，分布数量为15-40个，具体的圆孔直径和数量应根据蒸发管的直径设计。
[0012]所述“8”字孔型肋片结构，其特征在于:分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5_?5_;周边的“8”字孔型分上下两个圆，两个圆直径设计可以采用等直径设计，直径尺寸为绕中心圆形分布，分布数量为10-20个，具体的尺寸和数量根据蒸发管的实际尺寸设计。
[0013]所述螺旋式外形，其特征在于:螺距为30?60mm，螺旋直径为30?50mm，螺旋圈数为I?3个，具体的螺旋参数根据实际蒸发管尺寸进行设计。
[0014]所述肋片结构在轴向方向分布特征为:沿蒸发管轴向方向进行线性分布，螺旋式外形相较于直管式更长，可采用较多数量的肋片，数量为10-50个，具体的数量根据蒸发管长度确定。同时，不同位置所采用的肋片结构可以不同，将两种蒸发管结合使用，能达到更优异的雾化蒸发效果。
[0015]本发明具有以下有益效果:
[0016]在微型发动机燃烧室内采用肋片式蒸发管，与普通蒸发管不同，蒸发管内增加肋片结构和采用螺旋式外形，增加了气流在蒸发管内停留的时间，让其有充分的时间与蒸发管内空气进行蒸发预混，同时，肋片结构增加了内壁面面积，增加燃气与蒸发管壁面的接触面积，换热增强，对燃油的雾化蒸发有加强效果，拥有肋片的蒸发管，能够更好的提高流经蒸发管的燃油的雾化蒸发效果，良好的燃油雾化，对燃烧室性能的提高有很大帮助。
【附图说明】
[0017]图1:内置肋片螺旋式蒸发管整体三维图
[0018]图2:内置肋片螺旋式蒸发管进口局部放大图
[0019]图3:(I)为单个圆孔型肋片示意图，(2) “8”字孔型示意图
[0020]图4:内置肋片螺旋式蒸发管进口轴向剖面示意图
【具体实施方式】
[0021]现结合附图对本发明作进一步描述:
[0022]结合图1、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内置肋片螺旋式蒸发管。图3为蒸发管单个肋片结构截面示意图，图4为沿轴向方向的剖面示意图。
[0023]具体过程:外界气流经肋片式蒸发管进口并随着喷射的燃油共同进入蒸发管内，蒸发管具有肋片结构(图3)，燃油和气体混合共同撞击管内肋片，增加两者的掺混，同时能使气流和燃油的速度减慢，使两者在蒸发管的停留时间增加，并且，肋片结构的增加，使蒸发管内壁面面积增加，从而使混气与蒸发管壁面的接触面积增大，气流与蒸发管壁面的换热得以增强。图3所示不同结构的肋片，对燃油雾化的效果不同，采用圆孔型肋片，燃油混气停留时间更长，采用“8”字型孔肋片，燃油混气与壁面的接触面积更大，两者均能对燃油雾化蒸发取得良好的效果。相较于以往外形为直筒型的蒸发管，本发明采用外形螺旋式，在有限的长度空间内，扩大蒸发管空间和内外壁面表面积，燃油流经该蒸发管，停留的时间增加，与壁面的换热得到加强。燃油在上述这些作用下，得到很好的雾化蒸发。
[0024]预混的混气经蒸发管出口进入火焰筒内部，由于在蒸发管内已经混合蒸发的很充分，在蒸发管出口能够更好更充分的燃烧，从而达到提高燃烧效率，也对燃烧室性能有很大提1?，发动机性能也能够进一步提1? O
【主权项】
1.微型发动机燃烧室内置肋片螺旋式蒸发管，蒸发管内部设置多个肋片结构，其特性在于:圆孔型肋片和“8”字型肋片，外形采用螺旋式。2.根据权利要求1所述圆孔型肋片结构，其特征在于:分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm?5mm;周边小圆，直径尺寸设置为0.5?2_之间，绕中心圆形分布，分布数量为15-40个，具体的圆孔直径和数量应根据蒸发管的直径设计。3.根据权利要求1所述“8”字孔型肋片结构，其特征在于:分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm?5mm;周边的“8”字孔型分上下两个圆，两个圆直径设计可以采用等直径设计，直径尺寸为1_2_，绕中心圆形分布，分布数量为10-20个，具体的尺寸和数量根据蒸发管的实际尺寸设计。4.根据权利要求1至3所述肋片式蒸发管，轴向方向特征在于:沿蒸发管轴向方向进行线性分布，数量为10-50个，具体的数量根据蒸发管长度确定。5.根据权利要求1所述的微型发动机燃烧室内置肋片螺旋式蒸发管，螺旋式外形，其特征在于:螺距为3 O?6 O mm，螺旋直径为3 O?5 O mm，螺旋圈数为I?3个，具体的螺旋外形参数根据实际蒸发管尺寸进行设计。
【专利摘要】本发明提供了一种微型发动机燃烧室内置肋片螺旋式蒸发管，其内部设置多个肋片结构，采用螺旋式外形。肋片结构分为两种形式：圆孔型和“8”字孔型。蒸发管内部增加的肋片结构，能够增大内壁面的表面积，燃油混气与蒸发管的接触面积增加，换热效果加强。并且，肋片结构在一定程度上能够降低燃油混气的流速，从而达到提高燃油混气在蒸发管内的停留时间，换热效果加强。圆孔型肋片，对气流速度的降低有较大作用，增加气流在蒸发管的停留时间较长，“8”字型肋片，对蒸发管内壁面面积增加较大，两种肋片均有其益处，同一蒸发管可以同时结合两种肋片进行内部设置，从而达到最佳的雾化蒸发效果。螺旋式外形，增加燃油混气在蒸发管内的停留时间和换热面积，对燃油雾化蒸发有促进作用。良好的燃油雾化蒸发效果，能够提高燃烧性能。
【IPC分类】F23R3/32
【公开号】CN105588145
【申请号】CN201610045519
【发明人】张群, 黎超超, 杨省喆, 李逸飞, 邢力, 汪玉明, 闫东博
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月25日