[发明专利]一种两组元旋流自引射喷嘴

说明书

本发明提供了一种两组元旋流自引射喷嘴，包括：内喷嘴，为中空的燃料射流通道；外喷嘴，为中空的氧化剂射流通道，以同心且间隔的方式套在所述内喷嘴外，底部封闭；切向管道，由垂直于所述外喷嘴的外壁面的方向，均匀且倾斜的绕外壁面的底部分布，并与所述外喷嘴的内部连通。本发明能够实现燃料射流和氧化剂射流的快速均匀混掺、提高燃烧稳定性和降低喷嘴的烧蚀损毁率。

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种发动机中使燃料和氧化剂充分混合以产生高效、稳定燃烧的两组元旋流自引射喷嘴。

背景技术

喷嘴在发动机中控制燃油流量，使燃料流和氧化剂流充分混合，以产生高效、稳定的燃烧。因此喷嘴在发动机燃油雾化燃烧动态系统中起着极其重要的作用。自1892 年狄塞尔首先将直射式喷嘴用于柴油机，人们基于提高混合效率和实现火焰稳定性的主要目的开展了大量的实验与理论研究，发展了不同类型的喷嘴，目前普遍应用的喷嘴主要有以下几种类型：直射式、气动式、超声雾化式和离心旋流式。目前，对无旋流的直喷喷嘴的理论分析较多，但对旋流喷嘴的射流特性及其破碎雾化机理的认识尚不清晰。为了在有限的燃烧室内部提高燃料流雾化和混合效率，离心旋流式喷嘴在先进航空发动机和火箭发动机燃烧室被广泛采用。

现有离心旋流式喷嘴的工作原理是：燃料流在压差作用下进入旋流器产生旋转流动，在剪切力和离心力的共同作用下，再经喷口喷出。离心旋流式喷嘴由于雾化性能好、结构相对简单、运行可靠等优点而广泛应用在燃气轮机、火箭发动机、内燃机、工业锅炉和工业窑炉等热力设备上。目前国内外对各种新型旋流喷嘴的设计及其流场优化目前仍处于初步研究阶段，尚无成熟的理论指导和工业设计标准。

在旋流喷嘴基本流场结构方面，1）Datta 和 Some等用数值模拟方法研究了旋流喷嘴的空气芯、雾化锥角等特性参数对喷嘴流场的影响；2）Seeks 和 Essay等通过实验观察了旋流喷嘴出口平面倾斜角度对喷雾发展过程和雾滴大小分布的影响。

在新型嘴设计方面，1）Daniel 和 Corinne等对一种有螺旋导流结构的压力旋流喷嘴进行了研究，王成军、陈明功等也做过类似结构喷嘴的实验和模拟，并对旋流室的螺旋升角及通道槽数进行了优化设计；2）胡鹤鸣等设计并通过数值模拟分析了一种用于切向/轴向组合式用于旋转破碎磨料的射流喷嘴；3）Christopher等对一种切片式旋流发生器的燃油喷嘴进行了实验研究，分析了切片的几何要素对旋转非预混火焰稳定性的影响。

由于现有的旋流喷嘴一般采用内旋外混的形式设计，即借助离心力是的内侧流体向外侧扩散并与外侧流体掺混。此类型的喷嘴由于内侧流体不聚拢会存在混合不均匀、混掺速度慢、燃烧稳定性差以及容易烧蚀喷嘴等一系列缺点。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能够使发动机中燃料和氧化剂充分混合以产生高效、稳定燃烧的两组元旋流自引射喷嘴。

特别地，本发明提供一种两组元旋流自引射喷嘴，包括：

内喷嘴，为中空的燃料射流通道；

外喷嘴，为中空的氧化剂射流通道，以同心且间隔的方式套在所述内喷嘴外，底部封闭；

切向管道，由垂直于所述外喷嘴的外壁面的方向，均匀且倾斜的绕外壁面的底部分布，并与所述外喷嘴的内部连通。

在本发明的一个实施方式中，所述内喷嘴的高度低于所述外喷嘴的高度。

在本发明的一个实施方式中，所述内喷嘴的壁面厚度至少为所述外喷嘴内直径的十分之一。在本发明的一个实施方式中，所述内喷嘴的内直径为所述外喷嘴内直径的五分之一至四分之一。

在本发明的一个实施方式中，所述内喷嘴的燃料射流速度不低于所述外喷嘴的氧化剂射流速度的50%。