[发明专利]一种自吸式气泡雾化燃油喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于燃烧领域的燃油喷嘴，尤其涉及一种采用气泡雾化增强雾化效果的燃油喷嘴。

背景技术

燃油喷嘴是航空航天发动机、内燃机等燃烧装置的关键设备之一。其主要作用是把燃油雾化成微小的液滴，并喷入燃烧室中燃烧。除压力雾化和气动雾化外，今年来气泡雾化喷嘴收到了广泛关注。气泡雾化是通过在燃油中注入少量气体，这些气体在喷嘴内部与燃油混合，在喷嘴出口出现爆裂，从而产生非常细小的液雾。

中国专利“气泡雾化喷嘴”(ZL95201702.4)、中国专利“撞击内混式气泡雾化喷嘴”(ZL200720019255.8)、专利“一种气泡雾化喷嘴”(CN201900063U)、专利“可调式螺旋气泡雾化喷嘴”(CN201503015U)等均公布了不同形式和用途的气泡雾化喷嘴。这些方案的缺点在于：采用气泡雾化需要增加一套供气装置以在燃油中注入气体，这套供气装置不仅系统复杂，也降低了可靠性。

专利“气泡式雾化喷嘴”(CN101966495A)公布了一种不需要外界气体，实现闭式循环的喷嘴(A装置)，其原理在于通过加快流速，使液体压力低于饱和蒸汽压而汽化，这些汽化的蒸汽与未汽化的液体混合，达到气泡雾化的目的。

上述方案的缺点在于：(1)蒸汽与液体的转换是可逆的，当压力低于饱和蒸汽压时出现蒸汽，压力高于饱和蒸汽压时，蒸汽消失；喷嘴在喷注前的压力远高于饱和蒸汽压，因此，是否能够达到气泡雾化效果完全依赖于蒸汽消失的速度，当蒸汽在高压下消失的速度很快时，出口就不能实现气泡雾化；(2)为产生高速流体需要较高的压降，通常比喷嘴本身所需要的压强高1～2倍以上，从而对上游压力提出了很高要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种气泡雾化燃油喷嘴，其具有不需要专用的气体供应系统，与A装置相比，用于雾化的气体为自动吸入的气体，不存在蒸汽变回液体的问题，同时，对上游压力没有特别的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种气泡雾化燃油喷嘴，由喷嘴本体、连接管、文氏管和气体导管组成，喷嘴入口与文氏管出口通过连接管相连，文氏管为先收缩后扩张的旋成体结构，收缩段较急，扩张段较缓，文氏管喉部周围开有一圈小孔；文氏管喉部外密封集气套管，通过气体导管或与高压气源、或与燃烧室相连，或直接敞开于大气中。

喷嘴本体结构在前述专利或相关文献中均有公布，具体可参见“液体火箭发动机设计(上)”(朱宁昌，宇航出版社，1994年，PP370～380)；

文氏管是一种根据泊努利方程制造的先收缩后膨胀的通道，其原理和设计方法为流体力学领域公知；泊努利方程反应了流体中压力能和动能之间的相互转换关系，表达式为：

其中，p为压力，ρ为密度，u为速度，下标1，2分别代表了两个不同的位置；根据上述公式可知，当速度增加，压力就会变小，在文氏管喉部，由于液体流速很高，流体的静压接近饱和蒸汽压p_s，在文氏管出口，由于采用了缓慢膨胀的结构，速度缓慢下降，静压上升，总压损失较低，合理设计的文氏管总压恢复系数可达到85％～95％；

文氏管喉部直径d_t由需要的燃油流量确定，根据流量关系式为：

其中，C_d为文氏管的流量系数，选取为0.9～0.98，ρ为燃油的密度，p₀为文氏管入口的压力；

为保证收缩段的压力损失较小，收缩段的半角一般选取为30～60度；为保证喉部后的流体流动不发生分离，扩张段的半角一般应较小，通常选取为8～15度；文氏管前后端的直径可选取为一样大，以方便安装，其直径应大于3～5倍喉部直径；

所述文氏管喉部周围开有的对称分布的一圈小孔，选择小孔个数n_h为3～12个，采用对称的小孔，主要是为保证进气对称，越大的文氏管选择越多的小孔；

小孔直径d_h由如下关系式确定：

其中，μ为小孔的流量系数，通常为0.7～0.8，p_a为小孔外部的压力，由后所述的所引气源压力决定，当敞开到大气中时，为1.01*10⁵帕；Γ为由小孔内外压比决定的系数，根据气体动力学基本知识(可参见“液体火箭发动机原理”，刘国球，宇航出版社，1994年)，当p_s/p_a＜0.5283时，流动为超声速，Γ＝0.6847；当p_s/p_a≥0.5283时，流动为亚声速，