专利名称：一种基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于碳氢燃料的平板式微燃烧室，属于微尺度燃烧新能源利用领域。
背景技术：
基于碳氢燃料的微燃烧室是微动力系统的核心部件，其结构的设计决定内部气流的流动模式，进而影响燃烧的强度和效率，对整个微动力系统的结构起决定性作用，也显著影响单位体积的能量输出。碳氢燃烧具有很高的能量密度，但是在微尺度条件下，预混合气在燃烧室内部的驻留时间显著减少，完全反应的难度增加；另一方面，由于表面积的增加使散热损失增加， 预混合气在燃烧室内更容易熄火，燃烧不稳定性增加，如何实现高效稳定燃烧要求便成了有待解决的问题。目前主要通过回热利用或者稳流装置的设计来实现稳定燃烧，例如通过设计过量焓燃烧器可以实现稳燃；在有逆流换热的小型的瑞士卷筒式燃烧器中实现了预混火焰的稳定性；在燃烧室进口处设置钝体实现入口混合气流的均勻组织分布，同时在燃烧室中部设置了可渗透介质网孔，进而获得了较理想的壁面温度分布等等。由于这些装置的加入，使燃烧室复杂性增加，不易加工和推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、能实现高效稳定燃烧的基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室。本发明采用的技术方案是包括工质预混器通过电控气阀连接针孔燃料喷嘴， 针孔燃料喷嘴分别连通微燃烧室的入口，有两个相同的正方体结构的微燃烧室，每个微燃烧室的上壁面正中间设有出口，每个微燃烧室的相对的两侧壁面正中间各设有一个左、右进口，两个微燃烧室沿高度方向间隙叠放且各自的出口相面对面，两个微燃烧室之间的间隙形成尾气排放空腔，燃料入口速度方向与左、右进口的中心轴线方向形成的进口入射角 θ为 18 22° 。进一步地，本发明的尾气排放空腔的高度为0.3、. 6mm，左、右进口的半径均为 0. 20 0. 30mm。本发明的技术效果是
1、微燃烧室设计了双喷口，通过改变燃气进口入射角而改变微燃烧室内的气流组织形式，充分利用了微燃烧室空间，在微小尺度容腔内实现大流量的高效燃烧，更好地实现了燃烧的扩散性。2、利用高速气流喷射产生的切向速度，在微燃烧室内的压差作用下，气体分子产生曲线运动，在出口附近形成漩涡，改变了流体流动的结构，加强了边界层流体的扰动及边界层和主旋流的混合，从总体上达到减薄边界层的作用，强化了传热，从而使燃烧能量扩散更完全。
3、微燃烧室壁面温度主要受涡旋的剧烈程度影响，所以较低流量下就可以获得较高且均勻的壁面温度；当流量增加时，壁面平均温度的改变值较常规的微燃烧室大，燃料的驻留时间依然得到了较好的控制，微燃烧室对流量的适应性较好，流速增加燃料驻留时间相应减小的问题得到了缓解，提高了燃烧效率。而且装置结构设计简单，性能整体上较常规微燃烧室好，且在较低的流量下就可以燃烧，提高了微尺度燃烧的极限范围，利于燃烧室装置的进一步微小化，具有一定的可行实用性，适合作为微动力系统的能量源。
图1是双喷口平板式微燃烧结构示意图； 图2是图1中微燃烧室5的结构图3是与图1相连接的微燃烧室各连接部件示意图中1.左进口 ；2.右进口 ；3.出口 ；4.尾气排放空腔；5.微燃烧室；7.电子点火电极；8.针孔燃料喷嘴；9.电控气阀；10.工质预混器。
具体实施例方式如图1-2，本发明由两个相同的微燃烧室5组成，微燃烧室5采用耐高温的材料，如 SicjAl2O3等。微燃烧室5是正方体结构，正方体内部的空腔长、宽、高的尺寸a、b、h通常是 10mm、10mm、0. 6mm或8mm、8mm、0. 6mm,微燃烧室5的壁面厚度一般是0. 20 0. ；35讓。在微燃烧室5的一个上壁面正中间开有出口 3，出口 3的轴线方向与微燃烧室5的高度h方向一致。在微燃烧室5的相对的两侧壁面正中间分别开有一个左进口 1和右进口 2，左进口 1和右进口 2连通微燃烧室5与外环境。左进口 1和右进口 2的半径均为0. 20 0. 30mm。将两个相同的微燃烧室5沿高度h方向间隙叠放在一起，每个微燃烧室5各自的出口 3相面对面叠放，这样，两个微燃烧室5之间的间隙形成尾气排放空腔4，尾气排放空腔4与两个出口 3相通，尾气排放空腔4通过两个出口 3分别与两个微燃烧室5相通，尾气排放空腔4的高度^ =0. 3 0. 6mm。这样，每个微燃烧室5的尾气先通过各自的出口 3排到中间的尾气排放空腔4混合后再排到外环境。如图3，本发明还包括由工质预混器10通过电控气阀9连接针孔燃料喷嘴8，针孔燃料喷嘴8连通微燃烧室5的入口，具体是将针孔燃料喷嘴8分别连通左进口 1和右进口 2，在靠近出口 3处的微燃烧室5上壁面上设置电子点火电极7。通过精确控制左进口 1和右进口 2的进口入射角5，使燃气在燃烧室内形成涡流，达到强化燃烧和传热的目的。进口入射角 的定义为辦料入口速度ν方向与左进口 1和右进口 2的中心轴线方向的夹角，本发明的进口入射角“力If 22°为最佳。为了保证能够实现稳定高效的燃烧，在左进口 1和右进口 2流量一定情况下，调节进口入射角θ的大小，通过电子点火电极7进行点火，实现燃烧，尾气全部由两个出口 3排到两个微燃烧室5之间的尾气排放空腔4中，再由尾气排放空腔4将所有的尾气排到大气中。另外，尾气排放空腔4中的高温尾气的热量还可以传递给微燃烧室5中刚入口的低温气体，在一定程度上起到预热的作用。本发明的进口入射角θ不宜过大，过大时使混合气体的速度更偏向微燃烧室5的
较短边方向，受空间影响不能很好扩散开，影响有效燃烧范围，当进口入射角#=18^22^时可获得最高壁面平均温度，所以入射角设计为6=18 22s,且较低流量下，出口 3附近就开始出现明显的涡旋，当流量进一步增加时，涡旋的半径也相应增加，燃烧室内的流动更剧烈，强化了传热，微体积燃烧整体效果好。 由工质预混器10将氢气/空气预混气体经针孔燃料喷嘴8以及左进口 1和右进口 2进入微燃烧室5，当气体量比ε=1、流量为200ml/min，进口入射角=20°时，微燃烧室5壁面温度较常规的单喷口燃烧室均勻，且壁面平均温度均比常规燃烧室的高出300K左右；另外出口 3处尾气中氢气的摩尔分数为2. 49%，低于常规燃烧室的4. 6%，说明在同样的空间内，具有双喷口的燃烧室能够让燃料气体更完全燃烧，获得较高且均勻的壁面温度，燃烧效率更高。燃烧室对流量的改变较灵敏，当进口流量从200ml/min增加到2000ml/min，壁面的最高线平均温度从1210K增加到1880K，温度的改变值较常规燃烧室的大，这也说明， 对于双喷口燃烧室，当流量增加时，燃料的驻留时间依然得到了较好的控制，燃烧室对流量的适应性较好。
权利要求
1.一种基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室，包括工质预混器(10)通过电控气阀 (9 )连接针孔燃料喷嘴(8 )，针孔燃料喷嘴(8 )分别连通微燃烧室(5 )的入口，其特征是有两个相同的正方体结构的微燃烧室(5)，每个微燃烧室(5)的上壁面正中间设有出口(3)， 每个微燃烧室(5)的相对的两侧壁面正中间各设有一个左、右进口(1、2)，两个微燃烧室 (5 )沿高度方向间隙叠放且各自的出口( 3 )相面对面，两个微燃烧室(5 )之间的间隙形成尾气排放空腔(4)，燃料入口速度方向与左、右进口(1、2)的中心轴线方向形成的进口入射角 Θ为 18 22° 。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室，其特征是尾气排放空腔(4)的高度为0. 3 0. 6mm，左、右进口(1、2)的半径均为0. 20 0. 30mm。
全文摘要
本发明公开一种微尺度燃烧新能源利用领域中基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室，有两个相同的正方体结构的微燃烧室，每个微燃烧室的上壁面正中间设有出口，每个微燃烧室的相对的两侧壁面正中间各设有一个左、右进口，两个微燃烧室沿高度方向间隙叠放且各自的出口相面对面，两个微燃烧室之间的间隙形成尾气排放空腔，燃料入口速度方向与左、右进口的中心轴线方向形成的进口入射角θ为18~22°；充分利用了微燃烧室空间，在微小尺度容腔内实现大流量的高效燃烧，更好地实现了燃烧的扩散性，且在较低的流量下就可燃烧，提高了微尺度燃烧的极限范围，利于燃烧室装置的进一步微小化。
文档编号F23C5/32GK102278741SQ201110132029
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者周俊, 潘剑锋, 范宝伟, 邵霞 申请人:江苏大学