微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微型發(fā)動機燃燒室領域，具體涉及一種微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管并能有效改善燃燒室內燃油霧化蒸發(fā)效果，從而提高微型燃燒室內的燃燒效率。
【背景技術】
[0002]微型動力系統(tǒng)在近幾年已成為國內外研究熱點，其中微型渦輪發(fā)動機是最有前途的動力之一，具有體積小、重量輕、輸出能量大、密度高等優(yōu)點。微型燃燒室的設計是微型渦輪發(fā)動機中關鍵環(huán)節(jié)，也是最重要的部分，與常規(guī)尺度燃燒室相比，此種燃燒室具有特征尺寸小和面容比大的特點，致使氣流停留時間短、散熱損失大，從而導致燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)。
[0003]國內外雖然開展了微型燃燒室的相關研究工作，但對于微型燃燒室的流動特征和性能的研究較少，對于微型發(fā)動機(推力小于50daN)的燃燒室，主要有兩種:直流環(huán)形燃燒室和回流環(huán)形燃燒室，根據(jù)目前國內外動向和對直流與回流環(huán)形燃燒室對比分析，高性能微型發(fā)動機多采用直流環(huán)形燃燒，由于成本和空間限制，在燃油霧化、蒸發(fā)方面，基本采用結構簡單的蒸發(fā)管式供油，采用此種方式供油方式可以在較短的燃燒停留時間條件下獲得較高的燃燒性能。而其中蒸發(fā)管式的環(huán)形燃燒室具有霧化優(yōu)良、燃燒效率高、供油壓力低、成本低以及重量輕等多方面優(yōu)點。在此種燃燒室中，蒸發(fā)管的結構設計對燃燒室內霧化、燃燒效率起關鍵性作用。蒸發(fā)管式的環(huán)形燃燒室，在結構上沒有噴油嘴，沒有離心甩油盤，液態(tài)燃料經過蒸發(fā)管，逐漸蒸發(fā)為氣態(tài)，在燃燒之前和蒸發(fā)管內的空氣已經初步摻混，從而縮短了氣流在燃燒室滯留的時間，并且充分燃燒；同時，它沒有旋流器，也沒有用來產生穩(wěn)定渦的鈍體，但火焰筒的內外壁面開著很多有規(guī)律的摻混孔，孔與蒸發(fā)管出口氣流能產生穩(wěn)定渦，使燃油更加充分燃燒，并使出口溫度滿足渦輪進口的要求。
[0004]而對于蒸發(fā)管結構方面的設計較少，設計類型主要有“L”型和直筒型，而對于蒸發(fā)管內部結構的設計則更加少，對于上述兩種蒸發(fā)管，霧化蒸發(fā)效果較差，要使蒸發(fā)管的霧化和蒸發(fā)效果更好，內部結構的設計起著關鍵作用。對蒸發(fā)管壁面的設計，在一定程度上能提高燃油霧化蒸發(fā)，具有很大研究前景。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提出一種微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，對燃燒室內燃油霧化和蒸發(fā)有較好的改善和提高效果。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是相對于其他微型燃燒室蒸發(fā)管，本結構能增加燃油在蒸發(fā)管內停留時間，增大氣流與蒸發(fā)管的接觸面積，從而能夠增加蒸發(fā)管換熱效果，提高燃油在蒸發(fā)管內的蒸發(fā)霧化效果，并且其結構簡單，具有加工方便等多方面優(yōu)勢。
[0006]技術方案
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管。
[0008]本發(fā)明技術方案如下:
[0009]微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，其特征在于:在直筒型蒸發(fā)管內壁增加凹腔結構，此凹腔結構為內凹外凸結構，設計參數(shù)包括凹腔深度、寬度和幾何分布，其中幾何分布包括徑向分布和軸向分布。微型發(fā)動機燃燒室蒸發(fā)管總體尺寸為壁面厚度為1?2_，直徑為5?15mm，長度為40?100mm。
[0010]所述微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，其特征在于:蒸發(fā)管內壁設置多個環(huán)形分布的凹腔結構，凹腔深度為0.5?2mm之間，寬度為0.5?3mm之間，具體凹腔尺寸應根據(jù)實際的蒸發(fā)管尺寸進行設計。
[0011]所述微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，其特征在于:在蒸發(fā)管內壁設置凹腔的同一位置，外壁設置凸臺結構，凸臺結構參數(shù)和幾何分布于內壁凹腔一致，凸臺高度為
0.5?2_之間，寬度為0.5?3_之間，具體凹腔尺寸應根據(jù)實際的蒸發(fā)管尺寸進行設計。
[0012]蒸發(fā)管內壁凹腔結構幾何分布(外壁凸臺結構與之一致):
[0013]1、徑向分布:所述凹腔結構繞蒸發(fā)管中心軸等距環(huán)形分布，數(shù)量為5?60個之間；
[0014]2、軸向分布:所述凹腔結構沿軸向方向等距分布，在整個蒸發(fā)管可以布列5?50個凹腔環(huán)結構，相鄰凹腔環(huán)凹腔設置可以設計為兩種方案:相鄰凹腔環(huán)凹腔結構具有相同徑向分布和相鄰凹腔環(huán)凹腔結構錯開分布。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]蒸發(fā)管的霧化蒸發(fā)效果對燃燒室的性能有很大影響，其主要影響燃燒室的燃燒效率，燃燒效率高的燃燒室，具有較高的燃燒室性能。與普通蒸發(fā)管相比，凹腔壁面蒸發(fā)管增加了內壁凹腔結構與同位置外壁凸臺結構，蒸發(fā)管內壁的空間和面積得以增加，燃油在蒸發(fā)管內停留時間增加，且與內壁面的接觸面積得到增大，換熱增強，同時，外壁面的凸臺結構增大了蒸發(fā)管外壁面的面積，從而增加了蒸發(fā)管與火焰筒內高溫氣流的換熱，蒸發(fā)管壁面得到進一步提高，對蒸發(fā)管內的燃油霧化蒸發(fā)有促進作用，內外部分的雙重作用，使蒸發(fā)管內的燃油霧化蒸發(fā)效果加強。
【附圖說明】
[0017]圖1:帶有凹腔結構的蒸發(fā)管整體三維圖
[0018]圖2:對有凹腔結構的蒸發(fā)管進口進行局部放大圖
[0019]圖3:凹腔結構的蒸發(fā)管正視圖以及A-A截面位置示意圖
[0020]圖4:A-A截面示意圖
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0022]結合圖1、圖3、圖4，本發(fā)明提供了一種新的可以有效增強換熱和提高燃油蒸發(fā)霧化的微型燃燒室蒸發(fā)管壁面結構設計。圖1為帶有凹腔結構的微型燃燒室蒸發(fā)管整體結構示意圖，圖3為微型燃燒室蒸發(fā)管正視圖，主要表明凹腔在蒸發(fā)管上的軸向分布，圖4為蒸發(fā)管截面示意圖，主要用來確定凹腔的結構形狀以及徑向分布特點。
[0023]圖3、圖4所示凹腔結構在蒸發(fā)管的分布，空氣經蒸發(fā)管進口進入蒸發(fā)管，蒸發(fā)管上端進行噴油，燃油與空氣形成混氣，經蒸發(fā)管蒸發(fā)霧化，進入火焰筒內進行燃燒。在蒸發(fā)管內凹腔(圖4)有穩(wěn)住氣流的作用，凹腔結構使蒸發(fā)管內的利用空間增大，燃油與空氣混合的空間得到增大，同時在凹腔內能形成回流區(qū)，讓混氣在蒸發(fā)管內停留的時間增加，使霧化蒸發(fā)時間增加，燃油混氣與蒸發(fā)管的接觸面積增大，蒸發(fā)管內燃油混氣與蒸發(fā)管壁面換熱效果得到增強；圖3所示蒸發(fā)管外壁面分布有規(guī)律的凸臺，直壁面上增加一系列凸臺結構，外壁面的面積得到很大增加，火焰筒內高溫氣體與蒸發(fā)管外壁面接觸面積增大，從而增加了蒸發(fā)管壁面與火焰筒高溫氣流換熱，壁面溫度進一步提高，兩方面的作用使燃油更好的在蒸發(fā)管內霧化蒸發(fā)。
[0024]在蒸發(fā)管內得到霧化蒸發(fā)好的燃油混氣，之后進入火焰筒內進行燃燒放熱，此時更容易燃燒，也能夠更充分的燃燒，燃燒效率也進一步提高。燃燒室的燃燒效率提高，燃燒的性能也將得到很大改善，發(fā)動機的整體性能也能夠得到提升。
【主權項】
1.微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，包括蒸發(fā)管內壁面凹腔結構及外壁面凸臺結構。其特性在于:在蒸發(fā)管生成徑向環(huán)形分布和軸向均勻分布的內壁面凹腔結構及外壁面凸臺結構。2.根據(jù)權利要求1所述的微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，其特征在于:蒸發(fā)管內壁面凹腔結構深度為0.5?2mm，寬度為0.5?3mm，徑向環(huán)形分布數(shù)量為5?60個，具體深度、寬度設置應根據(jù)蒸發(fā)管的時間尺寸進行設計，環(huán)形分布數(shù)量也應根據(jù)蒸發(fā)管直徑進行合理分配。3.根據(jù)權利要求1或2所述的微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，其特征在于:在內壁凹腔結構的同等位置進行外壁面設置凸臺結構，凸臺結構尺寸外高度為0.5?2_，寬度為0.5?3_，徑向沿蒸發(fā)管壁面環(huán)形分布為5?60個。4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，其特征在于:內壁面凹腔結構和外壁面凸臺結構在軸向方向進行等距分布，整個蒸發(fā)管分布的數(shù)量為5?50個，具體的數(shù)量分布應根據(jù)蒸發(fā)管的長度進行設置，較長蒸發(fā)管，可以采用數(shù)量較多的凹腔凸臺結構，以增加內壁空間和蒸發(fā)管內外壁面積。相鄰凹腔環(huán)的凹腔結構有兩種不同的設計方案:相鄰凹腔環(huán)的凹腔結構完全一致和相鄰凹腔環(huán)的凹腔結構徑向分布錯開分布。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微型發(fā)動機燃燒室凹腔壁面蒸發(fā)管，可以有效增大氣流與蒸發(fā)管接觸面積，達到增強換熱，增加混氣停留時間，提高燃油霧化蒸發(fā)效果。在蒸發(fā)管內壁面合理設計有規(guī)律的凹腔結構，內壁面面積得以增加，空間增大，燃油混氣流經蒸發(fā)管，在凹腔內形成回流區(qū)，速度減小，燃油與空氣混合空間增大，在蒸發(fā)管內的停留時間增加，霧化蒸發(fā)的時間變長，同時接觸面積增大，換熱效果增強；在凹腔同位置蒸發(fā)管外壁面設計凸臺，能夠保證蒸發(fā)管強度的同時，能夠增大外壁面面積，加強火焰筒內高溫氣流與蒸發(fā)管換熱，提高蒸發(fā)管壁面溫度，兩方面作用使微型發(fā)動機燃燒室蒸發(fā)管內燃油霧化蒸發(fā)效果增強。
【IPC分類】F23R3/32
【公開號】CN105423342
【申請?zhí)枴緾N201610016163
【發(fā)明人】張群, 黎超超, 楊省喆, 李逸飛, 邢力, 汪玉明, 閆東博
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2016年1月12日