一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴

本发明属于燃烧和动力装置领域，涉及一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴。

背景技术：

1、近年来，微制造技术的进步推动了微小型设备的快速发展，其应用涉及航空航天(小型无人机、微纳卫星等)、军事领域(单兵作战系统等)、无线通信和计算(智能手机、笔记本电脑)等领域。高能量密度、长续航时间的微型动力系统成为提升设备性能的关键部件之一，在微小型动力系统中利用碳氢燃料的燃烧作为动力源具有广阔的发展前景。

2、为实现液体燃料的高效、稳定燃烧，需要保证稳定、充足的燃料蒸发速率。由于微小型燃烧器的燃料流量较小，且射流发展需要足够的空间，常规雾化器并不适合用于微尺度燃烧中，通常采用蒸发型燃料喷嘴。但蒸发型喷嘴过热时会出现蒸发速率大幅波动和燃料碳化结焦，导致火焰振荡和结构损坏；微型燃烧室中燃料与空气的掺混距离不足导致燃烧生成大量碳烟。

技术实现思路

1、为解决液体燃料燃烧过程中出现的蒸发速率大幅振荡、燃料喷嘴结焦、碳烟排放高等问题，本发明的主要目的是提供一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，可用于宽温域、大调节比的工作环境，实现清洁、高效、稳定的液体燃料燃烧。本发明不仅能够用于微型燃烧器，也可根据流量和燃烧功率需求灵活改变毛细输液管的数量，用于大中型燃烧器。

2、本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

3、本发明公开的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，包括多孔介质、端盖和喷嘴底座。

4、喷嘴底座内部具有毛细输液管、空气孔板、空气入口、集液腔和燃料入口。喷嘴底座采用3d打印技术一体制造，或制造零部件后通过螺纹连接组装。作为优选，喷嘴底座采用3d打印技术一体制造。

5、燃料喷嘴采用多路毛细输液管，根据流量需求灵活改变毛细输液管的数量。毛细输液管穿过空气孔板后，部分插入多孔介质内，管口与多孔介质表面的距离根据燃料气化难度、燃料-空气掺混程度要求来调节。

6、作为优选，燃料喷嘴采用多路毛细输液管，直径小于1mm。

7、使用空气孔板产生与燃料流向相同的空气流，即同轴空气。孔板上通气孔数量和位置与输液管一致，孔径大于输液管外径。

8、端盖与喷嘴底座采用螺纹连接，端盖拧紧后能够压紧多孔介质。喷嘴底座与燃料管路采用螺纹连接。

9、多孔介质的外形为圆柱形，底端加工有圆形盲孔，圆孔数量与毛细输液管数量相同，圆孔位置与毛细输液管一一对应，圆孔直径等于输液管外径。

10、作为优选，喷嘴底座和端盖的材质为金属或陶瓷，多孔介质采用泡沫陶瓷、泡沫金属、粉末烧结金属、颗粒堆积型多孔介质或金属丝网。

11、本发明公开的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴的工作方法为：

12、喷嘴底座通过螺纹连接至燃料管路，燃料喷嘴采用多路毛细输液管，减小单一通道的截面积，防止燃料沸腾时液面的大幅振荡和蒸发速率的波动，提高燃烧稳定性；该燃料喷嘴根据流量需求灵活改变毛细输液管的数量，同轴空气能够显著提高液体燃料蒸发速率，确保液体燃料完全蒸发，避免燃料累积造成的安全风险；燃料经燃料入口、集液腔和毛细输液管进入多孔介质内，多孔介质的火焰淬熄效应使火焰远离燃料管口，空气经空气入口进入喷嘴内，经过空气孔板整流后，流动方向与燃料相同且气流包围输液管；液体燃料在输液管与多孔介质内发生相变、气化，并与空气在多孔介质内混合后在多孔介质下游燃烧，既能够防止输液管过热导致的结焦问题和蒸发不稳定问题，也能够实现燃料与空气掺混后再燃烧，能够有效提高燃烧效率，降低碳烟生成，有助于实现清洁高效燃烧。

13、有益效果：

14、1、本发明公开的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，结构紧凑，适用性强。喷嘴工作时不需要高压空气等条件辅助燃料雾化，可根据流量和燃烧功率需求灵活改变毛细输液管的数量，实现燃烧器功率的大调节比，既可用于微型燃烧器，也可用于大中型燃烧器。

15、2、本发明公开的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，采用多路毛细输液管、同轴空气和多孔介质的组合，可实现宽温域内液体燃料的稳定蒸发。当毛细输液管温度高于燃料沸点时，液体燃料在毛细管内沸腾，由于输液管直径小，气液界面振荡幅度小，可实现稳定蒸发；当毛细输液管温度低于燃料沸点时，液体燃料流出毛细管，在多孔介质骨架表面铺展，借助多孔介质的大比表面积来增加蒸发表面积；使用空气孔板形成同轴空气流动，利用蒸发对流强化效应来实现液体燃料的完全蒸发。

16、3、本发明公开的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，利用多孔介质的火焰淬熄效应隔绝火焰和燃料出口，可防止输液管出口温度过高导致的燃料碳化结焦。同时，燃料在多孔介质内与空气混合后在多孔介质下游燃烧，可减少碳烟生成，有助于实现清洁高效燃烧。

技术特征：

1.一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，其特征在于：包括多孔介质、端盖和喷嘴底座；

2.如权利要求1所述的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，其特征在于：喷嘴底座采用3d打印技术一体制造。

3.如权利要求1所述的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，其特征在于：燃料喷嘴采用多路毛细输液管，直径小于1mm。

4.如权利要求1所述的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，其特征在于：喷嘴底座和端盖的材质为金属或陶瓷，多孔介质采用泡沫陶瓷、泡沫金属、粉末烧结金属、颗粒堆积型多孔介质或金属丝网。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，其特征在于：喷嘴底座通过螺纹连接至燃料管路，燃料喷嘴采用多路毛细输液管，减小单一通道的截面积，防止燃料沸腾时液面的大幅振荡和蒸发速率的波动，提高燃烧稳定性；根据流量需求灵活改变毛细输液管的数量，同轴空气能够显著提高液体燃料蒸发速率，确保液体燃料完全蒸发，避免燃料累积造成的安全风险；燃料经燃料入口、集液腔和毛细输液管进入多孔介质内，多孔介质的火焰淬熄效应使火焰远离燃料管口，空气经空气入口进入喷嘴内，经过空气孔板整流后，流动方向与燃料相同且气流包围输液管；液体燃料在输液管与多孔介质内发生相变、气化，燃料与空气在多孔介质内混合后在多孔介质下游燃烧，既能够防止输液管过热导致的结焦问题和蒸发不稳定问题，也能够实现燃料与空气掺混后再燃烧，能够有效提高燃烧效率，降低碳烟生成，有助于实现清洁高效燃烧。

技术总结
本发明公开的一种用于液体燃料气化的多孔介质喷嘴，属于燃烧和动力装置领域。本发明包括喷嘴底座、多孔介质和端盖，喷嘴底座内部具有毛细输液管、集液腔和空气孔板、燃料入口和空气入口。本发明采用多路毛细输液管，减小单一通道的截面积，防止燃料沸腾时液面的大幅振荡和蒸发速率的波动；根据流量需求灵活改变毛细输液管的数量，同轴空气能够显著提高液体燃料蒸发速率，避免燃料累积造成的安全风险；液体燃料的毛细输液管插入多孔介质内，多孔介质的火焰淬熄效应使火焰远离燃料管口，既能够防止输液管过热导致的结焦问题和蒸发不稳定问题，也能够实现燃料与空气掺混后再燃烧，提高燃烧效率，降低碳烟等污染物的生成，有助于实现清洁高效燃烧。

技术研发人员：陈新建,李军伟,何旭,李想,周新远
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15