本發(fā)明涉及燃燒室的，尤其涉及一種氫燃料旋流器及旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室。

背景技術(shù)：

1、航空動(dòng)力的減碳創(chuàng)新發(fā)展是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵，氫能源因其零碳排放的特性成為備受關(guān)注的替代能源。氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有功率密度高、起動(dòng)性能好、燃料消耗低等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能、降低污染排放具有重要作用。

2、但是氫燃料具有火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?、可燃范圍寬和反?yīng)活性高等特點(diǎn)，這些特性使得氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)面臨回火、摻混不均勻和燃燒不穩(wěn)定等技術(shù)挑戰(zhàn)，且氫燃料燃燒時(shí)火焰溫度較高，容易導(dǎo)致更多的熱力型氮氧化物生成。因此，氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)在提高效率的同時(shí)需要降低污染物排放，這對(duì)燃燒室的設(shè)計(jì)提出了更高要求。當(dāng)前，研究人員正致力于克服氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)挑戰(zhàn)，并通過優(yōu)化燃燒室設(shè)計(jì)和旋流器結(jié)構(gòu)來(lái)提高燃燒效率和降低污染物排放。

3、氫燃料旋流器的設(shè)計(jì)對(duì)于提高燃料與空氣的混合效率、降低污染物排放、提高燃燒穩(wěn)定性、抑制回火及燃燒室中的熱聲振蕩現(xiàn)象具有重要的影響，但由于氫燃料的物理化學(xué)特性及燃燒特點(diǎn)，傳統(tǒng)航空煤油旋流噴嘴較難滿足上述要求。

4、因此，如何提供如何實(shí)現(xiàn)燃料與空氣的高效混合、降低污染物排放、提高燃燒穩(wěn)定性、抑制回火及燃燒室中的熱聲振蕩，是當(dāng)前氫燃料旋流器設(shè)計(jì)中亟待解決的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種氫燃料旋流器及旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的氫燃料旋流器難以滿足燃料與空氣的高效混合、降低污染物排放、提高燃燒穩(wěn)定性、抑制回火及燃燒室中的熱聲振蕩的缺陷。

2、本發(fā)明提供一種氫燃料旋流器，包括：內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)、外旋流結(jié)構(gòu)和燃料噴嘴；

3、所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)設(shè)置有徑向的入口和軸向的出口；

4、所述外旋流結(jié)構(gòu)設(shè)置有徑向的入口和軸向的出口，所述外旋流結(jié)構(gòu)的出口設(shè)置于所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)出口的外圍并且與所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口同軸心線；

5、所述燃料噴嘴設(shè)置于所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口和所述外旋流結(jié)構(gòu)的出口之間，并且，所述燃料噴嘴的出口端沿徑向逐漸遠(yuǎn)離所述軸心線。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)包括：

7、第一套管，內(nèi)設(shè)有軸向延伸的第一流道，所述第一流道的端部開口形成為所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口，所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的入口設(shè)置于所述第一套管的管壁上；

8、第一葉片，有多個(gè)且設(shè)置于所述第一流道內(nèi)，多個(gè)所述第一葉片與所述第一流道的軸心線呈預(yù)設(shè)夾角并且環(huán)繞所述第一流道的軸心線間隔排布。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述外旋流結(jié)構(gòu)包括：

10、殼體，內(nèi)設(shè)有軸向延伸的第二流道，以及徑向延伸并與所述第二流道導(dǎo)通的第三流道；所述第一套管同軸設(shè)置于所述第二流道內(nèi)，所述第二流道的端部開口形成為所述外旋流結(jié)構(gòu)的出口，所述第三流道遠(yuǎn)離所述第二流道的側(cè)部開口形成為所述外旋流結(jié)構(gòu)的入口；

11、第二葉片，有多個(gè)且設(shè)置于所述第三流道內(nèi)，多個(gè)所述第二葉片與所述第二流道的軸心線呈預(yù)設(shè)夾角并且環(huán)繞所述第二流道的軸心線間隔排布。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述殼體包括第二套管以及同軸設(shè)置于所述第二套管外的導(dǎo)流環(huán)；

13、所述第二套管的內(nèi)腔形成為所述第二流道；所述導(dǎo)流環(huán)內(nèi)部中空且遠(yuǎn)離所述第二套管的側(cè)面開口，所述導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)腔與所述第二套管的內(nèi)腔貫通，形成為所述第二流道。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述燃料噴嘴有多個(gè)，多個(gè)所述燃料噴嘴排布為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口以及所述外旋流結(jié)構(gòu)的出口共軸。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，還包括第三套管；

16、所述第二套管同軸套接于所述第三套管外，所述第二流道形成于所述第二套管與所述第三套管之間；

17、所述第三套管同軸套接于所述第一套管外，所述第一套管外壁與所述第三套管內(nèi)壁之間存在間隙形成為燃料流道，所述第三套管靠近所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)出口的端部開設(shè)有多個(gè)射流孔，形成為多個(gè)所述燃料噴嘴。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，在靠近所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口處，所述第一套管的管壁朝著逐漸靠近所述第三套管內(nèi)壁的方向偏離，使所述燃料噴嘴的出口端沿徑向逐漸遠(yuǎn)離所述軸心線。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述第一套管遠(yuǎn)離所述燃料噴嘴的一端封閉，所述第三套管遠(yuǎn)離所述燃料噴嘴的一端開口，形成為燃料入口；所述第三套管的管壁上設(shè)置有徑向的氣孔，所述氣孔與所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的入口導(dǎo)通并通過分隔壁與所述燃料流道分隔。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述第二流道與第三流道的相接處設(shè)置為圓角。

21、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口漸擴(kuò)。

22、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氫燃料旋流器，所述外旋流結(jié)構(gòu)的出口漸擴(kuò)。

23、根據(jù)本發(fā)明提供的一種旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，包括上述任意一項(xiàng)所述的氫燃料旋流器。

24、根據(jù)本發(fā)明提供的一種旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，還包括機(jī)匣以及設(shè)置于所述機(jī)匣內(nèi)的火焰筒，所述機(jī)匣的內(nèi)壁以及所述火焰筒的外壁合圍形成燃燒室進(jìn)口空氣流道；

25、所述氫燃料旋流器連接于所述火焰筒頭部，所述氫燃料旋流器的外旋流結(jié)構(gòu)出口、內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)出口和燃料噴嘴位于所述火焰筒內(nèi)，所述氫燃料旋流器的內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)入口和外旋流結(jié)構(gòu)入口位于所述燃燒室進(jìn)口空氣流道內(nèi)。

26、本發(fā)明提供的氫燃料旋流器及旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，通過外旋流結(jié)構(gòu)，形成環(huán)繞氫燃料旋流器軸心線旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的外旋空氣流，通過內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)，形成環(huán)繞氫燃料旋流器軸心線旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的內(nèi)旋空氣流，內(nèi)、外旋空氣流在離心力的作用下以旋流擴(kuò)張形態(tài)流入燃燒室主燃區(qū)，主燃區(qū)在氫燃料旋流器軸心處形成低壓回流區(qū)，流速降低，使火焰能夠穩(wěn)定傳播到新流入的燃料、空氣混合氣體中，以確保穩(wěn)定持續(xù)的燃燒；燃料噴嘴在內(nèi)、外旋流結(jié)構(gòu)的出口之間，較高的射流速度可以防止回火的風(fēng)險(xiǎn)，燃料噴入燃燒室后在內(nèi)、外旋空流氣流的剪切流動(dòng)作用下，迅速擴(kuò)散，有效增強(qiáng)摻混；空氣與燃料流經(jīng)氫燃料旋流器后形成的旋流火焰在一定程度上減小了火焰的軸向長(zhǎng)度，能夠降低主燃區(qū)的燃燒溫度，減少熱力型氮氧化物的生成，有效控制污染物排放，同時(shí)，氫旋流火焰軸向長(zhǎng)度的縮短也使得燃燒室出口溫度分布在結(jié)構(gòu)上易于調(diào)節(jié)與控制；此外，上述結(jié)構(gòu)的氫燃料旋流器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單可靠、易于制造，降低制造成本的同時(shí)，也擴(kuò)大了氫燃料旋流器的燃料利用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種氫燃料旋流器，其特征在于，包括：內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)、外旋流結(jié)構(gòu)和燃料噴嘴(30)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料旋流器，其特征在于，所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫燃料旋流器，其特征在于，所述外旋流結(jié)構(gòu)包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫燃料旋流器，其特征在于，所述殼體(20)包括第二套管(200)以及同軸設(shè)置于所述第二套管(200)外的導(dǎo)流環(huán)(201)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫燃料旋流器，其特征在于，所述燃料噴嘴(30)有多個(gè)，多個(gè)所述燃料噴嘴(30)排布為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口以及所述外旋流結(jié)構(gòu)的出口共軸。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫燃料旋流器，其特征在于，還包括第三套管(40)；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氫燃料旋流器，其特征在于，在靠近所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口處，所述第一套管(10)的管壁朝著逐漸靠近所述第三套管(40)內(nèi)壁的方向偏離，使所述燃料噴嘴(30)的出口端沿徑向逐漸遠(yuǎn)離所述軸心線。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫燃料旋流器，其特征在于，所述第一套管(10)遠(yuǎn)離所述燃料噴嘴(30)的一端封閉，所述第三套管(40)遠(yuǎn)離所述燃料噴嘴(30)的一端開口，形成為燃料入口(400)；所述第三套管(40)的管壁上設(shè)置有徑向的氣孔(401)，所述氣孔(401)與所述內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的入口導(dǎo)通并通過分隔壁(402)與所述燃料流道分隔。

9.一種旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，包括如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的氫燃料旋流器。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，其特征在于，還包括機(jī)匣(50)以及設(shè)置于所述機(jī)匣(50)內(nèi)的火焰筒(60)，所述機(jī)匣(50)的內(nèi)壁以及所述火焰筒(60)的外壁合圍形成燃燒室進(jìn)口空氣流道；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及燃燒室的技術(shù)領(lǐng)域，提供一種氫燃料旋流器及旋流穩(wěn)焰防回火回流燃燒室，氫燃料旋流器包括：內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)，設(shè)置有徑向的入口和軸向的出口；外旋流結(jié)構(gòu)，設(shè)置有徑向的入口和軸向的出口，外旋流結(jié)構(gòu)的出口設(shè)置于內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)出口的外圍并且與內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口同軸心線；燃料噴嘴，設(shè)置于內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)的出口和外旋流結(jié)構(gòu)的出口之間，并且，燃料噴嘴的出口端沿徑向逐漸遠(yuǎn)離軸心線；如此，使氫燃料旋流器具有良好的抑制回火、增強(qiáng)摻混、提高燃燒穩(wěn)定性、抑制熱聲振蕩、降低NO<subgt;X</subgt;排放等優(yōu)點(diǎn)，此外，上述結(jié)構(gòu)的氫燃料旋流器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單可靠、易于制造，降低制造成本的同時(shí)，也擴(kuò)大了氫燃料旋流器的燃料利用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：王建臣,張立傳,林宇震,張弛,劉逍遙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9