[发明专利]一种适用于再生冷却爆震燃烧室的高效自适应催化裂解装置

说明书

本发明提出了一种适用于再生冷却爆震燃烧室的高效自适应催化裂解装置，所述装置以再生冷却方案为基础，包括底层热交换层、中层催化裂解层、顶层气液分离层及装置固定结构。利用热交换层周向相间均匀分布的径向燃油喷注口及其扩张出口通道，实现燃油的均匀受热及流动降速，用以在涂有高效催化剂的中层蜂窝状催化裂解层中产生大量起爆性能优异且组分种类范围窄的小分子气态燃料，气液分离层中可自适应调节的“N”型折流板结构可有效分离裂解产物中对起爆及燃烧不利的燃油液滴。该装置可实现燃油的高效裂解，持续获得具有较高易爆性的混合气态燃料，此外，本结构能够充分利用燃料的物理及化学热沉，提高爆震燃烧室的冷却效率。

技术领域

本发明涉及爆震发动机领域，具体为一种适用于再生冷却爆震燃烧室的高效自适应催化裂解装置

背景技术

爆震发动机是一种基于爆震燃烧的新概念发动机，在燃烧室内直接利用爆震前导激波来压缩气体，使可爆燃料的压力、温度迅速升高，进而产生动力，由于爆震波传播速度极快，使得整个燃烧过程接近于等容燃烧，因此，爆震推进同采用传统缓燃燃烧方式的推进系统相比具有更高的循环热效率。此外，爆震推进省去了压气机、涡轮机等部件，具有结构简单、推重比高、成本低廉等特点，是最具潜力的空天动力装置。

使用液态燃料作为空天动力推进剂，具有能量密度高、易贮存、冷却性能好和安全性高等优点。而在爆震推进装置中液态燃料的快速点火和起爆一直是一项重要研究课题，对于复杂液态碳氢燃料，由于雾化不良、工作稳定性差、起爆性能差等问题的存在，其爆燃向爆震转变时间和点火延迟时间相比于气态燃料大了近一个数量级，因此，如何实现复杂液态碳氢燃料向小分子气态燃料的持续高质量转化将是爆震推进装置高性能起爆的重要基础。现有爆震推进装置中主要通过将液态燃油流经涂覆催化剂的爆震管壁面以实现燃油的催化裂解，获得起爆性能优异的小分子气态燃料，但由于其催化反应接触面积有限，燃油流动性强，反应时间短，终究无法实现燃油的高裂解转化率，该方式产生的少量气态燃料无法满足稳定持续工作时点火和起爆性能的高要求，且该过程中燃油轴向流过爆震管壁，使得燃油裂解时受热程度严重不均，沿流动方向，上游裂解区温度明显低于下游，不同受热程度的燃油将获得不同的裂解产物，使得裂解产物种类范围大、不均匀，所需点火能量范围大、波动大，必将导致点火和起爆不稳定。另外，下游裂解区燃油极易因高温而结焦于爆震管壁面，使得催化裂解反应受阻的同时，严重阻碍其表面换热，管壁易于产生热疲劳。

使用液态燃料时，爆震燃烧后的烟气温度超过3500K，传统再生冷却爆震燃烧室结构已无法满足冷却需求，冷源不足问题严重，且管壁轴向换热程度严重不均。充分利用液态碳氢燃料的化学裂解吸热达到所需热沉，自身分解为具有高热值的气态燃料组分则是提高再生冷却能力的重要途径。

发明内容

要解决的技术问题

结合现有爆震发动机研究设计方案，本发明提出一种适用于再生冷却爆震燃烧室的高效自适应催化裂解装置，以实现复杂液态碳氢燃料向小分子气态燃料的持续高质量转化，克服低裂解率及低质量气态裂解产物组分导致的工作稳定性差、起爆及燃烧性能差的问题。同时，充分利用液态碳氢燃料的化学裂解吸热以有效提高再生冷却能力，有效缓解爆震管壁面温度分布严重不均，解决冷源不足的热管理问题，提升发动机综合热利用率。

本发明的技术方案为：

所述一种适用于再生冷却爆震燃烧室的高效自适应催化裂解装置，包括同爆震管壁共轴密封安装的底层热交换层、中层催化裂解层、顶层气液分离层及装置固定结构。