一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器

1.本发明涉及燃烧室结构的旋流技术领域，尤其涉及一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器。


背景技术：

2.旋流器常被航空发动机燃烧室中用来稳定火焰。气流经旋流器进入火焰筒后，会形成具有轴向，径向和周向三个方向分速度的旋转气流。在空气粘性的作用下，火焰筒中心气体被高速射流带走，从而形成低压区，建立稳定回流区，维持火焰稳定；除此以外，高速旋转射流可增加气流与油滴的相对速度，进而改善燃油与空气混合。同时，旋流器还可作为气动雾化喷嘴的空气流道，为头部提供适量空气，以保证一定的余气系数。
3.旋流器的设计要求是能增强气流的旋流强度，同时气流在流经旋流器时不发生直通现象。随着发动机燃烧室的发展，一种新型分级分区燃烧的驻涡燃烧室问世，该燃烧室分为主燃级和值班级（凹腔），值班级主要用于稳定火焰。同时，小状态时仅使用值班级供油，大状态时，值班级和主燃级同时为发动机提供动力。现有的驻涡主燃烧室大都采用槽式或进气道式主流进气结构，随着进气速度的不断增加，主燃区空气流速高，不利于火焰稳定。因此，应当结合传统燃烧室的燃烧组织方式，将旋流技术应用于驻涡燃烧室中，利用旋流器结构，研究如何降低主流进气速度，并形成稳定回流区，利于火焰燃烧。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器，包含内轮毂、外轮毂、和2n个旋流器叶片，n为大于3的自然数；所述内轮毂为实心圆柱体，所述外轮毂为椭圆环体；内轮毂、外轮毂同轴设置，外轮毂套在内轮毂外；所述旋流器叶片采用实心直叶片；2n个旋流器叶片设置在所述内轮毂、外轮毂之间，均和内轮毂的外壁固连、另一端和外轮毂的内壁固连，用于产生旋转气流使其通过旋流器叶片之间的空隙进入燃烧室；所述内轮毂、外轮毂和2n个旋流器叶片在内轮毂轴线方向上宽度相同且两端齐平；令内轮毂一个端面所在的平面为平面a、另一个端面所在的平面为平面b，内轮毂中截面所在的平面为平面c；所述2n个旋流器叶片所在的平面均相交于点c，且点c位于平面c上；相邻两个旋流器叶片在平面a上交线的夹角等于这两个旋流器叶片在平面b上交线的夹角；
所述内轮毂轴线和各个旋流器叶片所在平面之间的夹角均相等。
6.作为本发明一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器进一步的优化方案，所述n的范围为5~9。
7.作为本发明一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器进一步的优化方案，相邻两个旋流器叶片在平面a上交线的夹角的范围为10
°
到35
°
。
8.作为本发明一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器进一步的优化方案，内轮毂轴线和各个旋流器叶片所在平面之间的夹角的范围为30
°
到75
°
。
9.作为本发明一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器进一步的优化方案，任意两个相邻旋流器叶片在平面a上交线的夹角均相等。
10.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明提供一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器，相对于现有技术，本发明能结合槽缝式进气和旋流器进气的优点，应用在驻涡燃烧室上，同时具有较长周向作用区域和旋流作用，降低主流进气速度，并形成稳定回流区，改变火焰筒内燃烧组织方式，进而达到双级供油和稳定主燃区燃烧的目的。
附图说明
11.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的正视图；图3为本发明从外轮毂长轴方向上看到的侧视图；图4为本发明从外轮毂短轴方向上看到的侧视图；图5为本发明在驻涡燃烧室火焰筒中的纵向剖视示意图；图6为本发明在驻涡燃烧室火焰筒中的横向剖视示意图。
12.图中，1-外轮毂，2-内轮毂，3-旋流器叶片，4-回流区。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
14.应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
15.现有的驻涡主燃烧室中，大都采用槽式或进气道式主流进气结构，主燃区空气流速高。因此，应当结合传统燃烧室的燃烧组织方式，将旋流技术应用于驻涡燃烧室中，利用旋流器结构，研究如何降低主流进气速度，并形成稳定回流区，利于火焰燃烧。
16.通过设计适用于驻涡燃烧室的旋流器结构可在主流处获得稳定的低压回流区。旋流器根据气流流向通常可分为轴向旋流器和径向旋流器，也可根据旋流器技术分为单级旋流器，双级旋流器和多级旋流器。通过改变旋流器的叶片数目，安装角度和旋流器宽度来改
变作用效果，以得到理想的低压回流区。目前常用的旋流器有单级和双级的轴向或径向圆形旋流器，在驻涡上探究的主要是单级轴向旋流器。它能够显著降低主流速度，并形成旋流流场。
17.本发明基于单级轴向旋流器，结合传统圆形旋流器与进气槽的进气特点，改变旋流器外缘形状为椭圆形，对主流进气进行降速。该方法兼备槽缝式结构的长周向作用区域与圆形旋流器的作用，从而在火焰筒内主流区获得稳定理想的旋流低压区。
18.如图1、图2、图3、图4所示，本发明公开了一种匹配驻涡燃烧室流场特点的异形旋流器，包含内轮毂、外轮毂、和2n个旋流器叶片，n为大于3的自然数；所述内轮毂为实心圆柱体，所述外轮毂为椭圆环体；内轮毂、外轮毂同轴设置，外轮毂套在内轮毂外；所述旋流器叶片采用实心直叶片；2n个旋流器叶片设置在所述内轮毂、外轮毂之间，均和内轮毂的外壁固连、另一端和外轮毂的内壁固连，用于产生旋转气流使其通过旋流器叶片之间的空隙进入燃烧室；所述内轮毂、外轮毂和2n个旋流器叶片在内轮毂轴线方向上宽度相同且两端齐平；令内轮毂一个端面所在的平面为平面a、另一个端面所在的平面为平面b，内轮毂中截面所在的平面为平面c；所述2n个旋流器叶片所在的平面均相交于点c，且点c位于平面c上；相邻两个旋流器叶片在平面a上交线的夹角等于这两个旋流器叶片在平面b上交线的夹角；所述内轮毂轴线和各个旋流器叶片所在平面之间的夹角均相等。
19.所述n的范围优先取5~9，相邻两个旋流器叶片在平面a上交线的夹角的范围优先为10
°
到35
°
，内轮毂轴线和各个旋流器叶片所在平面之间的夹角的范围优先为30
°
到75
°
。
20.相邻旋流器叶片在平面a上交线的夹角可以设置为不相等，也可以设置为均相等，优先设置为均相等。
21.如图5、图6所示，本发明在驻涡燃烧室上安装后，火焰筒内部空气流通时主流区有一个明显的低压回流区，且凹腔内的驻涡形态也相对稳定。
22.本发明通过将异形旋流器应用到驻涡燃烧室上，气流通过旋流器进入火焰筒，形成带有轴向，径向和切向三个方向分速度的高速旋转射流，并促进燃油与空气混合，维持火焰稳定，以提升驻涡燃烧室性能。同时本发明能在主燃区提供稳定低压回流区，以备主燃级供油。本发明中的各参数均可依据燃烧室工作要求进行适当设计调整。
23.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
24.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。