一種設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型主要應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)旋流燃燒室設(shè)計(jì)中，尤其在燃油霧化和火焰穩(wěn)定方面，具體涉及一種設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒室頭部結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室設(shè)計(jì)中，燃油霧化和油氣匹配是決定高性能燃燒室綜合性能的關(guān)鍵，進(jìn)而影響著整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性及排放指標(biāo)。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上，采用旋流燃燒方案一方面是為了使高速氣流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，形成回流區(qū)，從而維持火焰穩(wěn)定，另一方面是為了使油氣充分混合，保證燃燒完全，減少污染物生成。因此，燃燒室性能的好壞直接與燃燒室頭部旋流燃燒裝置(通稱(chēng)為火焰筒頭部)的設(shè)計(jì)相關(guān)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性、燃燒性能、污染排放和火焰筒壽命起決定作用。因此旋流燃燒裝置的性能對(duì)燃燒室乃至整機(jī)性能具有至關(guān)重要的作用。
[0003]早期，不少學(xué)者提出雙級(jí)旋流器、文氏管與離心噴嘴組合的旋流燃燒室頭部方案，將形成回流區(qū)的進(jìn)氣功能與燃油氣動(dòng)霧化功能融為一體，同時(shí)具有燃油霧化、油氣混合和回流區(qū)形成的功能。但由于旋流燃燒流場(chǎng)的復(fù)雜性，其流動(dòng)和霧化特性與其結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)參數(shù)及其匹配有很大關(guān)系。因此有必要對(duì)旋流燃燒過(guò)程進(jìn)行深入了解，才能對(duì)旋流燃燒裝置的設(shè)計(jì)不斷的優(yōu)化和改進(jìn)。
[0004]本實(shí)用新型在雙級(jí)旋流器、文氏管與離心噴嘴組合的旋流方案基礎(chǔ)上，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。依據(jù)RayIeigh和Weber的霧化理論，通過(guò)構(gòu)造一種設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流結(jié)構(gòu)，引入橫向射流，對(duì)燃油射流產(chǎn)生氣動(dòng)力作用，從而改善燃油霧化質(zhì)量和混氣形成，避免了主燃區(qū)燃燒不均勻性造成的局部高溫，減少了污染物生成，提高了燃燒室性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒裝置，其具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒室頭部結(jié)構(gòu):包括雙級(jí)軸向旋流器，所述的雙級(jí)軸向旋流器包括外旋流器和內(nèi)旋流器，外旋流器和內(nèi)旋流器旋向相反；內(nèi)旋流器后連接著內(nèi)文氏管，內(nèi)文氏管喉部直伸段沿周向開(kāi)孔；外旋流器后連接著外文氏管，外文氏管采用二次曲線(xiàn)造型；燃油噴嘴位于內(nèi)旋流器輪轂中央，燃油噴嘴出口端面位于內(nèi)文氏管喉部上游；內(nèi)、外文氏管出口端面之間存在預(yù)混段。
[0007]所述的外旋流器葉片安裝角大于內(nèi)旋流器。所述的內(nèi)文氏管設(shè)有喉部直伸段、收斂段和擴(kuò)張段，喉部直伸段、收斂段和擴(kuò)張段均采用直線(xiàn)造型。所述的內(nèi)文氏管喉部直伸段沿周向的開(kāi)孔選擇單排圓孔或方孔。所述的內(nèi)文氏管收斂角大于外文氏管，而內(nèi)文氏管擴(kuò)張角小于外文氏管。
[0008]該裝置的第一個(gè)特點(diǎn)是雙級(jí)軸向旋流器的設(shè)計(jì)，外旋流器的旋流強(qiáng)度要大于內(nèi)旋流器，因而外旋流器葉片安裝角要大于內(nèi)旋流器。這樣，外旋流能夠控制下游火焰筒回流區(qū)，起穩(wěn)定火焰作用，而內(nèi)旋流與燃油混合，主要起改善霧化作用。
[0009]該裝置第二個(gè)特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)了一種帶喉部直伸段的開(kāi)孔式文氏管通道。開(kāi)孔的目的是為了引入外旋射流，外旋射流以一定的角度進(jìn)入內(nèi)文氏管通道，正好與噴嘴中噴射出的錐形燃油射流相互作用。
[0010]闡述開(kāi)孔引入外旋射流的機(jī)理，根據(jù)Rayleigh和Weber的霧化理論，燃油霧化是氣動(dòng)力、黏性力、液體表面張力和慣性力等四種力相互作用的結(jié)果，當(dāng)液體表面所受的氣動(dòng)力作用大于表面張力時(shí)，液柱表面就會(huì)發(fā)生破裂，并進(jìn)一步細(xì)化成不同直徑的油粒。在內(nèi)文氏管喉部處開(kāi)圓孔引入外旋射流，一方面在橫向的外旋射流氣動(dòng)力作用下，燃油射流會(huì)沿著氣流流動(dòng)方向彎曲，射流橫截形狀由圓形逐漸變成扁平形，最后變成越來(lái)越薄的油膜。另一方面油氣之間相對(duì)速度使射流表面出現(xiàn)波動(dòng)，這些波動(dòng)加劇了燃油射流表面的彎曲，當(dāng)一定程度時(shí)在波動(dòng)的波谷處射流發(fā)生斷裂，分裂成一段段碎片，進(jìn)而可以破碎成許多細(xì)小的油粒，這樣改善了燃油的霧化特性。
[0011]進(jìn)一步闡述開(kāi)孔引入外旋射流，喉部開(kāi)孔的原因是內(nèi)旋氣流經(jīng)過(guò)收斂通道后，速度增加，壓力減小，因此在內(nèi)文氏管喉部的內(nèi)外兩側(cè)形成壓力差。一方面有利于外旋氣流的引入，另一方面使內(nèi)旋氣流速度增大，對(duì)油氣之間的快速混合起強(qiáng)化作用。
[0012]進(jìn)一步闡述開(kāi)孔引入外旋射流，考慮到內(nèi)文氏管結(jié)構(gòu)周向?qū)ΨQ(chēng)性，孔的形狀設(shè)計(jì)成圓孔或方孔；又由于內(nèi)文氏管流動(dòng)空間的限制，應(yīng)選擇在喉部中間位置開(kāi)單排孔。
[0013]該實(shí)用新型的第三個(gè)特點(diǎn)是外文氏管的設(shè)計(jì)，通常的文氏管型面大都是先收縮后擴(kuò)張的直線(xiàn)型面，而本裝置外文氏管采用二次曲線(xiàn)型面設(shè)計(jì)。平滑的二次曲線(xiàn)型面保證了氣流加速減壓和減速增壓過(guò)程能較平穩(wěn)的過(guò)渡，這樣避免了流場(chǎng)狀態(tài)變化過(guò)大，以至在開(kāi)孔引氣處造成較大的局部阻力，從而產(chǎn)生較大的流動(dòng)損失。
[0014]進(jìn)一步闡述外文氏管的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，該實(shí)用新型設(shè)計(jì)的內(nèi)、外文氏管結(jié)構(gòu)需匹配。外文氏管收斂角小于內(nèi)文氏管，這樣保證了內(nèi)、外旋流的加速減壓程度不一樣，形成內(nèi)外壓差，便于從外旋流引入氣體。而外文氏管擴(kuò)張角的設(shè)計(jì)大于內(nèi)文氏管，因?yàn)橥馕氖瞎軘U(kuò)張角既可限制噴霧角大小，又可限制旋流沿徑向擴(kuò)張的程度，從而控制下游回流區(qū)的大小。
[0015]進(jìn)一步闡述外文氏管的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上，內(nèi)、外文氏管出口存在一段內(nèi)、外旋流預(yù)混段。兩股旋向和旋量不同的內(nèi)、外旋流在預(yù)混段相遇，形成明顯的紊流，較強(qiáng)紊流有利于燃油的霧化，促進(jìn)油氣之間的均勻混合。
[0016]本實(shí)用新型一種設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒室頭部設(shè)計(jì)方案，有益效果是不僅可以在較小的流動(dòng)損失下形成穩(wěn)定的回流區(qū)，保持火焰筒內(nèi)燃燒的穩(wěn)定，而且可以顯著改善旋流燃燒室的霧化性能，增強(qiáng)燃油與空氣之間的快速混合，避免局部高溫，減少NOx的生成。
【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖給出本實(shí)用新型的設(shè)有開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒室頭部結(jié)構(gòu)示意圖:
[0018]圖1:是本實(shí)用新型開(kāi)孔式文氏管的旋流燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2:是本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3:是本實(shí)用新型的雙級(jí)旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4:是本實(shí)用新型的內(nèi)