基于平面射流的火焰稳定器和火焰稳定方法

本申请涉及航空和工业燃烧器领域，特别是涉及一种基于平面射流的火焰稳定器和火焰稳定方法。

背景技术：

1、燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置，是燃气涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机和工业燃烧器的重要部件，常见的燃烧室包括主燃烧室、加力燃烧室、外涵燃烧室、涡轮级间燃烧室、工业锅炉燃烧器等，由于进入燃烧室的气流具有流动速度高,且不均匀等特点，各燃烧室会设置火焰稳定器，以使得燃烧室中的燃料可以稳定燃烧。

2、其中，加力燃烧室、冲压燃烧室、外涵燃烧室、涡轮级间燃烧室和工业锅炉燃烧器等一般采用钝体结构的火焰稳定器，即依靠大面积的钝体结构作为高速气流中的屏障，在屏障后形成回流区，回流区的燃料燃烧会产生高温燃气，高温燃气可以对新鲜油气进行持续点燃，从而实现火焰的稳定燃烧。然而，现有的钝体结构的火焰稳定器，由于钝体结构的迎风面积大，会产生较大流动损失，从而导致燃烧室的总压损失较大。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低燃烧室的总压损失的基于平面射流的火焰稳定器和火焰稳定方法。

2、本申请提供了一种基于平面射流的火焰稳定器，火焰的稳定和稳定火焰所需的回流区完全依靠平面射流形成，而不依赖于机械结构。该火焰稳定器包括射流喷射装置，该射流喷射装置上设置有射流喷嘴，该射流喷嘴包括第一射流喷嘴和第二射流喷嘴，该射流喷嘴沿该射流喷射装置的展向方向设置；

3、该射流喷射装置，用于向该第一射流喷嘴和该第二射流喷嘴输送空气和/或燃料；

4、该第一射流喷嘴，用于沿第一方向喷出该射流喷射装置输送的空气和/或燃料，以形成第一平面射流；

5、该第二射流喷嘴，用于沿第二方向喷出该射流喷射装置输送的空气和/或燃料，以形成第二平面射流；该第二方向与该第一方向沿展向方向对称或者非对称分布；

6、其中，该第一平面射流和该第二平面射流用于在高速来流的作用下，形成气动屏障以及在该气动屏障后方形成回流区。

7、在其中一个实施例中，该第一射流喷嘴和该第二射流喷嘴为长条缝隙状，其数量分别为一个，该第一射流喷嘴的长度和该第二射流喷嘴的长度均大于第一预设长度且小于该射流喷射装置的长度。

8、在其中一个实施例中，该第一射流喷嘴和该第二射流喷嘴为短条缝隙状，其数量分别为多个，各该第一射流喷嘴和该第二射流喷嘴的长度均小于第二预设长度。

9、在其中一个实施例中，若该第一射流喷嘴和该第二射流喷嘴的数量分别为多个，则相邻两个射流喷嘴之间的间隔距离小于预设间距。

10、在其中一个实施例中，该射流喷嘴的形状包括圆形、椭圆形、多边形。

11、在其中一个实施例中，该射流喷射装置的内部设置有流动空腔；

12、该流动空腔，用于将该空气和该燃料进行混合形成可燃混合物，并将该可燃混合物输送至该射流喷嘴。

13、在其中一个实施例中，该火焰稳定器还包括与该流动空腔连接的导管；

14、该导管，用于向该流动空腔输送空气和/或燃料。

15、在其中一个实施例中，该射流喷嘴包括扩张型射流喷嘴、收敛型射流喷嘴和收敛扩张型射流喷嘴；

16、该扩张型射流喷嘴为该射流喷嘴的尺寸从该射流喷射装置的内壁到外壁逐渐增大的喷嘴；该收敛型射流喷嘴为该射流喷嘴的尺寸从该射流喷射装置的内壁到外壁逐渐减小的喷嘴；该收敛扩张型射流喷嘴为该射流喷嘴的尺寸从该射流喷射装置的内壁到外壁先减小后增大的喷嘴。

17、在其中一个实施例中，该射流喷射装置的形状为流线型，或者，该射流喷射装置的形状为非流线型，或者，该射流喷射装置的形状为流线型和非流线型的组合。

18、第二方面，本申请提供了一种燃烧室，燃烧室包括喷油杆和如第一方面所述的火焰稳定器；

19、该喷油杆，用于喷出该燃烧室中的全部燃料或部分燃料。

20、第三方面，本申请还提供了一种火焰稳定方法，应用于如第一方面该的火焰稳定器，该方法包括：

21、获取空气和/或燃料；

22、沿第一方向喷出该空气和/或该燃料，以形成第一平面射流；

23、沿第二方向喷出该空气和/或该燃料，以形成第二平面射流；

24、上述基于平面射流的火焰稳定器和火焰稳定方法，包括射流喷射装置，射流喷射装置上设置有射流喷嘴，射流喷嘴包括第一射流喷嘴和第二射流喷嘴，射流喷嘴沿射流喷射装置的展向方向设置；射流喷射装置向第一射流喷嘴和第二射流喷嘴输送空气和/或燃料；第一射流喷嘴沿第一方向喷出射流喷射装置输送的空气和/或燃料，以形成第一平面射流；第二射流喷嘴沿第二方向喷出射流喷射装置输送的空气和/或燃料，以形成第二平面射流；其中，第一平面射流和第二平面射流用于在高速来流的作用下，形成气动屏障以及在气动屏障后方形成回流区。传统的钝体结构的火焰稳定器，依靠大面积的钝体结构作为高速来流中的屏障，在屏障后形成回流区，以实现火焰的稳定燃烧。然而，现有的钝体结构的火焰稳定器，由于钝体结构的迎风面积较大，气流经过火焰稳定器的流动损失较大，从而导致燃烧室的总压损失较大。此外由于钝体稳定器油气掺混能力差，造成燃烧室中燃料的燃烧效率较低。本申请提供的基于平面射流的火焰稳定器相比于钝体结构的火焰稳定器，体积很小，若燃烧室停止工作，平面射流火焰稳定器可以不产生平面射流，进而，使高速来流可以顺利通过燃烧室，从而减小流动阻力和总压损失。相比现有专利中提到的环形横向射流稳定器，其区别在于通过气动屏障阻挡大部分的高速来流，射流喷射装置的两端由于没有气动屏障，部分高速来流仍可以通过气动屏障的两侧进入回流区，进一步提高进入回流区的空气流量，增强回流区中燃料和空气的掺混，从而提高燃料的燃烧效率。

技术特征：

1.一种基于平面射流的火焰稳定器，其特征在于，所述火焰稳定器包括射流喷射装置，所述射流喷射装置上设置有射流喷嘴，所述射流喷嘴包括第一射流喷嘴和第二射流喷嘴，所述射流喷嘴沿所述射流喷射装置的展向方向设置；

2.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述第一射流喷嘴和所述第二射流喷嘴的数量分别为一个，所述第一射流喷嘴的长度和所述第二射流喷嘴的长度均大于第一预设长度且小于所述射流喷射装置的长度。

3.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述第一射流喷嘴和所述第二射流喷嘴的数量分别为多个，各所述第一射流喷嘴和所述第二射流喷嘴的长度均小于第二预设长度。

4.根据权利要求3所述的火焰稳定器，其特征在于，若所述第一射流喷嘴和所述第二射流喷嘴的数量分别为多个，则相邻两个射流喷嘴之间的间隔距离小于预设间距。

5.根据权利要求1-4任一项所述的火焰稳定器，其特征在于，所述射流喷嘴的形状包括圆形、椭圆形、多边形。

6.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述射流喷射装置的内部设置有流动空腔；

7.根据权利要求6所述的火焰稳定器，其特征在于，所述火焰稳定器还包括与所述流动空腔连接的导管；

8.根据权利要求1-4任一项所述的火焰稳定器，其特征在于，所述射流喷嘴包括扩张型射流喷嘴、收敛型射流喷嘴和收敛扩张型射流喷嘴；

9.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述射流喷射装置的形状为流线型，或者，所述射流喷射装置的形状为非流线型，或者，所述射流喷射装置的形状为流线型和非流线型的组合。

10.一种燃烧室，其特征在于，所述燃烧室包括喷油杆和如权利要求1-9任一项所述的火焰稳定器；

11.一种火焰稳定方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的火焰稳定器，所述方法包括：

技术总结
本申请涉及一种基于平面射流的火焰稳定器和火焰稳定方法，所述火焰稳定器包括射流喷射装置，射流喷射装置上设置有射流喷嘴，射流喷嘴包括第一射流喷嘴和第二射流喷嘴，射流喷嘴沿射流喷射装置的展向方向设置；射流喷射装置向第一射流喷嘴和第二射流喷嘴输送空气和/或燃料；第一射流喷嘴沿第一方向喷出射流喷射装置输送的空气和/或燃料，以形成第一平面射流；第二射流喷嘴沿第二方向喷出射流喷射装置输送的空气和/或燃料，以形成第二平面射流；第二方向与第一方向相对射流喷射装置对称；其中，第一平面射流和第二平面射流用于在高速来流的作用下，形成气动屏障以及在气动屏障后方形成回流区。减少了燃烧室的总压损失。

技术研发人员：李子万,曾青华,周华,谢鹏福
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15