微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微型發動機燃燒室領域，具體涉及一種新型蒸發管設計并能有效改善燃燒室內燃油霧化蒸發效果，從而提高微型燃燒室內的燃燒效率。
【背景技術】
[0002]微型動力系統在近幾年已成為國內外研究熱點，其中微型渦輪發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、密度高等優點。微型燃燒室的設計是微型渦輪發動機中關鍵環節，也是最重要的部分，與常規尺度燃燒室相比，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，從而導致燃燒不穩定現象的出現。
[0003]國內外雖已開展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，對于微型發動機(推力小于50daN)的燃燒室，主要有兩種:直流環形燃燒室和回流環形燃燒室，高性能微型發動機多采用直流環形燃燒，由于成本和空間限制，在燃油霧化、蒸發方面，基本采用結構簡單的蒸發管式供油，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。而其中蒸發管式的環形燃燒室具有霧化優良、燃燒效率高、供油壓力低、成本低以及重量輕等多方面優點。在此種燃燒室中，蒸發管的結構設計對燃燒室內霧化、燃燒效率起關鍵性作用。
[0004]對于蒸發管結構方面的設計類型主要有“L”型和直筒型，壁面大部分仍然采用光滑壁面結構，燃油在此類蒸發管的停留時間短，與壁面的接觸面積少，得到的霧化蒸發效果較差，要使蒸發管的霧化和蒸發效果更好，內部結構的設計起著關鍵作用。蒸發管設計的優良與否，對微型燃燒室性能有很大影響，在這方面具有很大研究前景。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提出一種能夠增強微型燃燒室內燃油蒸發霧化效果的蒸發管結構設計方案。本技術采用蒸發管內置肋片和外形螺旋式，優點:增加燃油在蒸發管內停留時間，增大內壁面表面積，增加壁面與混氣的換熱。
[0006]技術方案
[0007]本發明的目的在于提供一種微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管。
[0008]本發明技術方案如下:
[0009]微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管，內置多個肋片。對于厘米級的蒸發管，壁面厚度為I?2mm，直徑為5?10mm，長度為4?10cm。
[0010]所述蒸發管內置肋片，其特征在于:在蒸發管內按軸向方向設置多個肋片結構。肋片結構分為圓孔型和“8”字孔型。
[0011]所述圓孔型肋片結構，其特征在于:分中心大圓和周邊小圓結構。中心大圓直徑尺寸為蒸發管直徑的一半為2.5mm?5mm;周邊小圓，直徑尺寸設置為0.5?2mm之間，繞中心圓形分布，分布數量為15-40個，具體的圓孔直徑和數量應根據蒸發管的直徑設計。
[0012]所述“8”字孔型肋片結構，其特征在于:分中心大圓和周邊小圓結構。中心大圓直徑尺寸為蒸發管直徑的一半為2.5_?5_;周邊的“8”字孔型分上下兩個圓，兩個圓直徑設計可以采用等直徑設計，直徑尺寸為繞中心圓形分布，分布數量為10-20個，具體的尺寸和數量根據蒸發管的實際尺寸設計。
[0013]所述螺旋式外形，其特征在于:螺距為30?60mm，螺旋直徑為30?50mm，螺旋圈數為I?3個，具體的螺旋參數根據實際蒸發管尺寸進行設計。
[0014]所述肋片結構在軸向方向分布特征為:沿蒸發管軸向方向進行線性分布，螺旋式外形相較于直管式更長，可采用較多數量的肋片，數量為10-50個，具體的數量根據蒸發管長度確定。同時，不同位置所采用的肋片結構可以不同，將兩種蒸發管結合使用，能達到更優異的霧化蒸發效果。
[0015]本發明具有以下有益效果:
[0016]在微型發動機燃燒室內采用肋片式蒸發管，與普通蒸發管不同，蒸發管內增加肋片結構和采用螺旋式外形，增加了氣流在蒸發管內停留的時間，讓其有充分的時間與蒸發管內空氣進行蒸發預混，同時，肋片結構增加了內壁面面積，增加燃氣與蒸發管壁面的接觸面積，換熱增強，對燃油的霧化蒸發有加強效果，擁有肋片的蒸發管，能夠更好的提高流經蒸發管的燃油的霧化蒸發效果，良好的燃油霧化，對燃燒室性能的提高有很大幫助。
【附圖說明】
[0017]圖1:內置肋片螺旋式蒸發管整體三維圖
[0018]圖2:內置肋片螺旋式蒸發管進口局部放大圖
[0019]圖3:(I)為單個圓孔型肋片示意圖，(2) “8”字孔型示意圖
[0020]圖4:內置肋片螺旋式蒸發管進口軸向剖面示意圖
【具體實施方式】
[0021]現結合附圖對本發明作進一步描述:
[0022]結合圖1、圖3、圖4，本發明提供了一種新的可以有效增強換熱和提高燃油蒸發霧化的微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管。圖3為蒸發管單個肋片結構截面示意圖，圖4為沿軸向方向的剖面示意圖。
[0023]具體過程:外界氣流經肋片式蒸發管進口并隨著噴射的燃油共同進入蒸發管內，蒸發管具有肋片結構(圖3)，燃油和氣體混合共同撞擊管內肋片，增加兩者的摻混，同時能使氣流和燃油的速度減慢，使兩者在蒸發管的停留時間增加，并且，肋片結構的增加，使蒸發管內壁面面積增加，從而使混氣與蒸發管壁面的接觸面積增大，氣流與蒸發管壁面的換熱得以增強。圖3所示不同結構的肋片，對燃油霧化的效果不同，采用圓孔型肋片，燃油混氣停留時間更長，采用“8”字型孔肋片，燃油混氣與壁面的接觸面積更大，兩者均能對燃油霧化蒸發取得良好的效果。相較于以往外形為直筒型的蒸發管，本發明采用外形螺旋式，在有限的長度空間內，擴大蒸發管空間和內外壁面表面積，燃油流經該蒸發管，停留的時間增加，與壁面的換熱得到加強。燃油在上述這些作用下，得到很好的霧化蒸發。
[0024]預混的混氣經蒸發管出口進入火焰筒內部，由于在蒸發管內已經混合蒸發的很充分，在蒸發管出口能夠更好更充分的燃燒，從而達到提高燃燒效率，也對燃燒室性能有很大提1?，發動機性能也能夠進一步提1? O
【主權項】
1.微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管，蒸發管內部設置多個肋片結構，其特性在于:圓孔型肋片和“8”字型肋片，外形采用螺旋式。2.根據權利要求1所述圓孔型肋片結構，其特征在于:分中心大圓和周邊小圓結構。中心大圓直徑尺寸為蒸發管直徑的一半為2.5mm?5mm;周邊小圓，直徑尺寸設置為0.5?2_之間，繞中心圓形分布，分布數量為15-40個，具體的圓孔直徑和數量應根據蒸發管的直徑設計。3.根據權利要求1所述“8”字孔型肋片結構，其特征在于:分中心大圓和周邊小圓結構。中心大圓直徑尺寸為蒸發管直徑的一半為2.5mm?5mm;周邊的“8”字孔型分上下兩個圓，兩個圓直徑設計可以采用等直徑設計，直徑尺寸為1_2_，繞中心圓形分布，分布數量為10-20個，具體的尺寸和數量根據蒸發管的實際尺寸設計。4.根據權利要求1至3所述肋片式蒸發管，軸向方向特征在于:沿蒸發管軸向方向進行線性分布，數量為10-50個，具體的數量根據蒸發管長度確定。5.根據權利要求1所述的微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管，螺旋式外形，其特征在于:螺距為3 O?6 O mm，螺旋直徑為3 O?5 O mm，螺旋圈數為I?3個，具體的螺旋外形參數根據實際蒸發管尺寸進行設計。
【專利摘要】本發明提供了一種微型發動機燃燒室內置肋片螺旋式蒸發管，其內部設置多個肋片結構，采用螺旋式外形。肋片結構分為兩種形式：圓孔型和“8”字孔型。蒸發管內部增加的肋片結構，能夠增大內壁面的表面積，燃油混氣與蒸發管的接觸面積增加，換熱效果加強。并且，肋片結構在一定程度上能夠降低燃油混氣的流速，從而達到提高燃油混氣在蒸發管內的停留時間，換熱效果加強。圓孔型肋片，對氣流速度的降低有較大作用，增加氣流在蒸發管的停留時間較長，“8”字型肋片，對蒸發管內壁面面積增加較大，兩種肋片均有其益處，同一蒸發管可以同時結合兩種肋片進行內部設置，從而達到最佳的霧化蒸發效果。螺旋式外形，增加燃油混氣在蒸發管內的停留時間和換熱面積，對燃油霧化蒸發有促進作用。良好的燃油霧化蒸發效果，能夠提高燃燒性能。
【IPC分類】F23R3/32
【公開號】CN105588145
【申請號】CN201610045519
【發明人】張群, 黎超超, 楊省喆, 李逸飛, 邢力, 汪玉明, 閆東博
【申請人】西北工業大學
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年1月25日