[发明专利]用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置及雾化方法

说明书

本发明提供一种用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置及雾化方法，装置包括外壳、内壳和Z型旋流器。外壳的圆周方向上均匀设有氧化剂喷孔，氧化剂喷孔的底部设有喷孔出口，外壳的内部安装端和内壳的外部安装端连接，内壳的内部靠近顶部的位置设有直面安装端，直面安装端和Z型旋流器连接，内壳的内部靠近底部的位置设有斜面安装端，斜面安装端和沟槽流道连接，Z型旋流器和沟槽流道的中部设有内孔，内孔的顶部设有轴心氧化剂入口，内孔的底部设有轴心氧化剂出口，沟槽流道的底部设有旋流喷嘴出口，Z型旋流器的外壁均匀设有Z型旋流器入口。本发明减小了非牛顿流体的流动阻力，提高流动速度，获得最佳流动速度，从而减少在喷嘴内部停留时间。

技术领域

本发明涉及射流喷嘴领域，特别涉及一种用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置及雾化方法。

背景技术

液体射流在众多工业领域中都有着重要的应用，例如在燃油锅炉、内燃机、燃气、轮机、吸气式发动机和火箭发动机等动力装置中，液体燃料在进行燃烧前都要通过喷嘴以液体射流喷射的方式进行雾化。近年来，以凝胶推进剂为代表的非牛顿流体作为燃料在冲压发动机和火箭发动机上具有越来越广泛的应用前景，从流体的物理属性上看，凝胶推进剂同时具有固体推进剂储存时间长以及液体推进剂推力易调节等优点，是一种极具前景的新型推进剂。

雾化射流喷嘴是产生雾化的核心部件，非牛顿流体在喷嘴内的流动阻力以及外部射流器的碰撞效果决定了射流雾化的效果。由上述射流雾化产生的条件可知，最佳雾化效果不仅与非牛顿流体的流动速度有关而且还与射流器的碰撞效果有关。但在实际应用过程中，非牛顿流体由于其自身的高黏度和非线性的流变特性，在实际使用中的雾化效果并不理想，因此雾化喷嘴至今还没有形成正规产品，只在一些专用设备上有所应用。

例如专利201711143593.7中，其空气流道由内而外分为四个旋流流道，而燃料流道分为主级燃料流道和副级燃料流道；专利201420733445.6和专利201420547162.2中，其沿轴向均采用两级旋流器，强化燃料和空气混合，提高喷嘴出口燃料和空气的混合均匀度。通过分析可知，上述喷嘴沿径向或轴向增加旋流通道，虽然能提高燃料和空气混合均匀性，但是由于非牛顿流体自身的流阻大，雾化效率和雾动量较低，导致燃料混和后燃烧不充分，且无具体的防范发生自燃、回火等措施。针对上述问题，本发明提出一种用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置及雾化方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置及雾化方法，通过对Z型旋流器中Z型旋流器入口和沟槽流道的结构进行设计，从而使得非牛顿流体产生旋流式流动，通过沟槽流道减小非牛顿流体流动阻力，提高非牛顿流体的流动速度，从而减少在喷嘴内部停留时间；最终通过轴心氧化剂出口和喷孔出口喷射出的氧化剂进行两次雾化碰撞，来提高整体雾化效果的雾动量。

本发明提供了一种用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置，其包括外壳、内壳和Z型旋流器，所述外壳的圆周方向上均匀设有氧化剂喷孔，所述氧化剂喷孔的底部设有喷孔出口，所述外壳的内部安装端和所述内壳的外部安装端连接，所述内壳的内部靠近顶部的位置设有直面安装端，所述直面安装端和所述Z型旋流器连接，所述内壳的内部靠近底部的位置设有斜面安装端，所述斜面安装端和沟槽流道连接，所述Z型旋流器和所述沟槽流道的中部设有内孔，所述内孔的顶部设有轴心氧化剂入口，所述内孔的底部设有轴心氧化剂出口，所述沟槽流道的底部设有旋流喷嘴出口，所述Z型旋流器的外壁均匀设有Z型旋流器入口。

所述Z型旋流器上的Z型旋流器入口使非牛顿流体产生旋流式流动，从而提高非牛顿流体的流动速度，所述Z型旋流器入口的脊线为旋轮线结构，所述旋轮线结构的脊线的具体表达式为：

式中，x为旋轮线脊线所在平面的横坐标；y为旋轮线脊线所在平面的纵坐标；α为旋轮线的偏转角度；R为旋轮线的半径；

根据Z型旋流器入口在Z型旋流器上的分布形式，确定Z型旋流器上Z型旋流器入口的旋流数N，具体表达式如下：