專利名稱：突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定裝置，尤其是涉及一種突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器。
背景技術(shù)：
美國(guó)Ramgen power systems公司于2006年在駐潤(rùn)燃燒室的基礎(chǔ)上,提出了先進(jìn)旋潤(rùn)燃燒室(Advanced Vortex Combustor-AVC)的概念,這一燃燒室主要運(yùn)用于其正在研制的集沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)于一體的新型旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。先進(jìn)旋渦燃燒室內(nèi)的火焰穩(wěn)定主要采用鈍體穩(wěn)焰方式，它區(qū)別于傳統(tǒng)鈍體火焰穩(wěn)定器之處在于:其在燃燒室的前后布置了兩個(gè)鈍體，前后鈍體之間形成一個(gè)凹腔，當(dāng)來(lái)流通過(guò)凹腔時(shí)，由于凹腔的卷吸作用，使得凹腔內(nèi)能夠形成回流旋渦結(jié)構(gòu)，旋渦結(jié)構(gòu)在前鈍體的遮蔽下，不受主流影響，在凹腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的燃燒，同時(shí)形成穩(wěn)定的值班火焰區(qū)域，并將高溫燃燒產(chǎn)物輸運(yùn)出凹腔從而引燃主流，起到穩(wěn)定火焰和引燃作用。所以，凹腔內(nèi)旋渦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及凹腔內(nèi)溫度對(duì)于火焰的穩(wěn)定和引燃作用有很大的影響。研究表明，雖然先進(jìn)旋渦燃燒較駐渦燃燒室而言具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃燒效率高和污染物排放低等特點(diǎn)，但其在凹腔內(nèi)不易形成對(duì)稱穩(wěn)定的旋渦結(jié)構(gòu)，其原因在于:1、當(dāng)主流速度太高或太低時(shí)，凹腔內(nèi)平均流動(dòng)速度不在形成穩(wěn)定火焰的速度范圍內(nèi)(常規(guī)范圍為IOm/s-40m/s) ;2、當(dāng)燃料采用橫向射流方式進(jìn)入燃燒室時(shí)，射流對(duì)凹腔內(nèi)流場(chǎng)(尤其是旋渦結(jié)構(gòu))影響較大。對(duì)于上述問(wèn)題，國(guó)外的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，國(guó)內(nèi)的研究則集中于在凹腔的壁面布置射流孔，通過(guò)射流方式向凹腔內(nèi)噴入燃料或空氣，從而達(dá)到提高凹腔內(nèi)的動(dòng)量增量，增強(qiáng)旋渦流動(dòng)的目的。而這種向凹腔內(nèi)噴注燃料或空氣的方式存在多方面局限性，一來(lái)燃料和空氣的噴入勢(shì)必會(huì)增大燃燒室的總壓損失，二來(lái)增加燃油消耗量，三是增加燃燒室結(jié)構(gòu)工藝的復(fù)雜程度，且噴注燃料與空氣的量不易于掌控。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能在不同進(jìn)氣速度以及不同燃料注入方式下為主燃提供穩(wěn)定的大尺度旋渦值班點(diǎn)火源、實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒的突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，該火焰穩(wěn)定器在沒(méi)有凹腔射流孔布置的情況下，能充分利用鈍體后形成的高溫回流，增強(qiáng)凹腔內(nèi)的旋渦流動(dòng)，使旋渦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定對(duì)稱，提高燃燒效率以及火焰穩(wěn)定性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量更輕。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，由處于燃燒室中且固定在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體側(cè)壁的前鈍體和后鈍體組成，前鈍體形狀為方體，前鈍體和后鈍體之間形成凹腔，特征是:后鈍體由兩個(gè)形狀完全相同且呈上下對(duì)稱放置的上后鈍體和下后鈍體組成，上后鈍體和下后鈍體的形狀均為切角方體，上后鈍體和下后鈍體前端相對(duì)的面均為平面，在上后鈍體和下后鈍體之間形成突擴(kuò)流通道，突擴(kuò)流通道的前端連通凹腔，突擴(kuò)流通道的后端連通后鈍體后面的回流區(qū)，突擴(kuò)流通道的后端形狀為朝后開(kāi)口的喇叭狀。上后鈍體兩短邊的長(zhǎng)度為對(duì)邊長(zhǎng)度的0.1-0.9，下后鈍體兩短邊的長(zhǎng)度為對(duì)邊長(zhǎng)度的 0.1—0.9。上后鈍體和下后鈍體切角后的斜邊為直線或圓弧。后鈍體的高度小于前鈍體的高度，凹腔的長(zhǎng)度不超過(guò)前鈍體的高度。突擴(kuò)流通道的中心與前鈍體高度的中心在同一水平面上。本實(shí)用新型將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的后鈍體一分為二，在上下對(duì)稱放置的上后鈍體和下后鈍體之間形成突擴(kuò)流通道，突擴(kuò)流通道的后端形狀為朝后開(kāi)口的喇叭狀，即突擴(kuò)流通道類似于“漏斗”狀，突擴(kuò)流通道連通前鈍體和后鈍體之間的凹腔和后鈍體后面的回流區(qū)。突擴(kuò)流通道的較小面積截面與凹腔連接，較小面積截的面積大小可通過(guò)上后鈍體和下后鈍體之間的距離調(diào)節(jié)；較大面積截面與后鈍體后面的回流區(qū)連接，較大面積截面的面積大小通過(guò)斜邊以及兩短直角邊長(zhǎng)短調(diào)節(jié)，上后鈍體和下后鈍體相對(duì)的兩短直角邊的長(zhǎng)度為各自對(duì)邊長(zhǎng)度的0.1-0.9，且斜邊可為直角斜邊或圓弧。本實(shí)用新型的工作原理是:由于后鈍體的遮蔽，主流流經(jīng)后鈍體時(shí)會(huì)在后鈍體后面的回流區(qū)產(chǎn)生回流旋渦，回流旋渦流體順沿通過(guò)突擴(kuò)流通道到達(dá)凹腔，因突擴(kuò)流通道截面積的縮小，致使流動(dòng)壓力降低，速度增大，從而將后鈍體后面的回流區(qū)高溫燃燒產(chǎn)物注入凹腔，增加凹腔內(nèi)的整體溫度，有助于引燃主流，同時(shí)增大凹腔內(nèi)的速度增量，增強(qiáng)旋渦流動(dòng)，另一方面，由于回流注入段位于凹腔的中心，使得凹腔的上下部旋渦被注入的回流層隔離，旋渦之間沒(méi)有流體流入的相互影響，這有助于旋渦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與對(duì)稱。因此，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn):(I)本實(shí)用新型充分利用后鈍體回流區(qū)的高溫產(chǎn)物，將后鈍體回流區(qū)的高溫產(chǎn)物引入凹腔，達(dá)到增加凹腔溫度與增強(qiáng)旋渦流動(dòng)目的，無(wú)需額外增加燃料與空氣的射流，節(jié)約資源。(2)本實(shí)用新型的突擴(kuò)流通道的邊界參數(shù)(例如流通面積)，可視實(shí)際燃燒流動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于高速或低速燃燒，以及燃料的不同注入形式(預(yù)混或非預(yù)混燃燒形式)下的燃燒。(3)本實(shí)用新型由于在結(jié)構(gòu)上拓寬了流通區(qū)域，使得后鈍體的阻擋體積變小，從而有效降低了燃燒室的整體重量。(4)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)較凹腔噴孔的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，易于加工。

圖1為本實(shí)用新型安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為斜邊為直角斜邊的上后鈍體的主視圖；圖3為圖2的左視圖；圖4為圖2的俯視圖；圖5為斜邊為圓弧的上后鈍體的主視圖；圖6為本實(shí)用新型的整體位置關(guān)系圖；圖7為本實(shí)用新型的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明?！N突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，由處于燃燒室8中且固定在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體9側(cè)壁的前鈍體I和后鈍體2組成,前鈍體I形狀為方形,前鈍體I和后鈍體2之間形成凹腔5,后鈍體2由兩個(gè)形狀完全相同且呈上下對(duì)稱放置的上后鈍體3和下后鈍體4組成，上后鈍體3和下后鈍體4的形狀均為切角方體,上后鈍體3和下后鈍體4前端相對(duì)的面均為平面,在上后鈍體3和下后鈍體4之間形成突擴(kuò)流通道6，突擴(kuò)流通道6的前端連通凹腔5，突擴(kuò)流通道6的后端連通后鈍體2后面的回流區(qū)7,突擴(kuò)流通道6的后端形狀為朝后開(kāi)口的喇叭狀。上后鈍體3的短邊11的長(zhǎng)度為對(duì)邊15長(zhǎng)度的0.1—0.9，短邊12的長(zhǎng)度為對(duì)邊14長(zhǎng)度的0.1—0.9，下后鈍體4兩短邊的長(zhǎng)度為對(duì)邊長(zhǎng)度的0.1—0.9。上后鈍體3和下后鈍體4切角后的斜邊13為直線或圓弧。后鈍體2的高度20小于前鈍體I的高度21，凹腔5的長(zhǎng)度18不超過(guò)前鈍體I的高度21。突擴(kuò)流通道6的中心與前鈍體I高度的中心在同一水平面上。圖2中，兩短邊11、12與角度10之間存在緊密的關(guān)系，假定短邊12長(zhǎng)度保持一定，角度10將隨短邊11長(zhǎng)度的增加而增加，從而調(diào)節(jié)突擴(kuò)流通道6流通窄面的長(zhǎng)度(即短邊11);假定短邊11長(zhǎng)度保持一定，角度10隨短邊12長(zhǎng)度的增加而減小，從而調(diào)節(jié)突擴(kuò)流通道6喇叭口的面積，短邊12長(zhǎng)度以及短邊11長(zhǎng)度的可調(diào)節(jié)范圍為其對(duì)邊長(zhǎng)度的0.1—
0.9 ο圖3中,后鈍體2的寬度16與前鈍體I的寬度一致，且均為燃燒室8的寬度,上后鈍體3的高度(即邊14的長(zhǎng)度)用于調(diào)節(jié)后鈍體2部分對(duì)稱結(jié)構(gòu)的高度，從而增大或減小突擴(kuò)流通道6的高度19。圖6中，前鈍體I的高度21和長(zhǎng)度17可隨燃燒室8內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)狀況而調(diào)整。后鈍體2的高度20和凹腔5的長(zhǎng)度18均與前鈍體的高度21之間存在緊密聯(lián)系，后鈍體2的高度20小于前鈍體I的高度21，凹腔5的長(zhǎng)度18不超過(guò)前鈍體I的高度21。突擴(kuò)流通道6的高度19的中心與前鈍體I的高度21的中心在同一水平面上。工作原理:在圖7中，燃燒室8的主氣流21以一定速度經(jīng)過(guò)前鈍體1、凹腔5、上后鈍體3和下后鈍體4,在凹腔5內(nèi)形成回流旋渦22,在后鈍體2后形成回流24,回流24通過(guò)由上后鈍體3和下后鈍體4形成的突擴(kuò)流通通道6將部分高溫流體23注入進(jìn)凹腔5，進(jìn)而增加凹腔5內(nèi)整體溫度，并增強(qiáng)旋渦22流動(dòng)。具體實(shí)施方案中，燃料的注入形式可采用預(yù)混或噴射方式，預(yù)混方式下燃料選用甲烷與空氣混合，噴射方式下采用液體燃料噴霧燃燒。后鈍體2的高度20與前鈍體I的高度21之比為0.7，凹腔5的長(zhǎng)度18與前鈍體I的高度21之比為0.6，短邊11的長(zhǎng)度為對(duì)邊15長(zhǎng)度的1/2，短邊12的長(zhǎng)度為對(duì)邊14長(zhǎng)度的1/2，連接采用斜面方式。
權(quán)利要求1.一種突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，由處于燃燒室中且固定在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體側(cè)壁的前鈍體和后鈍體組成，前鈍體形狀為方體，前鈍體和后鈍體之間形成凹腔，其特征在于:后鈍體由兩個(gè)形狀完全相同且呈上下對(duì)稱放置的上后鈍體和下后鈍體組成，上后鈍體和下后鈍體的形狀均為切角方體，上后鈍體和下后鈍體前端相對(duì)的面均為平面，在上后鈍體和下后鈍體之間形成突擴(kuò)流通道，突擴(kuò)流通道的前端連通凹腔，突擴(kuò)流通道的后端連通后鈍體后面的回流區(qū)，突擴(kuò)流通道的后端形狀為朝后開(kāi)口的喇叭狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，其特征在于:上后鈍體和下后鈍體切角后的斜邊為直線或圓弧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，其特征在于:上后鈍體兩短邊的長(zhǎng)度為對(duì)邊長(zhǎng)度的0.1-0.9，下后鈍體兩短邊的長(zhǎng)度為對(duì)邊長(zhǎng)度的0.1-0.9。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，其特征在于:后鈍體的高度小于前鈍體的高度，凹腔的長(zhǎng)度不超過(guò)前鈍體的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，其特征在于:突擴(kuò)流通道的中心與前鈍體高度的中心在同一水平面上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種突擴(kuò)式鈍體火焰穩(wěn)定器，由處于燃燒室中且固定在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體側(cè)壁的前鈍體和后鈍體組成，前鈍體和后鈍體之間形成凹腔，特征是后鈍體由兩個(gè)形狀完全相同且呈上下對(duì)稱放置的上后鈍體和下后鈍體組成，上后鈍體和下后鈍體的形狀均為切角方體，上后鈍體和下后鈍體前端相對(duì)的面均為平面，在上后鈍體和下后鈍體之間形成突擴(kuò)流通道，突擴(kuò)流通道的前端連通凹腔，突擴(kuò)流通道的后端連通后鈍體后面的回流區(qū)，突擴(kuò)流通道的后端形狀為朝后開(kāi)口的喇叭狀。本實(shí)用新型充分利用后鈍體后方所形成的高溫回流，將其注入前后鈍體之間形成的凹腔內(nèi)，用以升高凹腔內(nèi)總溫，增強(qiáng)旋渦流動(dòng)，從而使旋渦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定對(duì)稱，進(jìn)而提高燃燒效率以及火焰穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F23D14/26GK202973093SQ20122073613
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者孫?？? 曾卓雄, 陳超杰, 薛鋒 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)