具体地，如图1和图3所示，涡流发生器5的设计参数可包括高度h、半锥角Ap及弦长C，这三个参数的来源依据是涡流发生器5侧边流向涡502所能裹挟的气态燃料2流体流量、涡流发生器5尾流中的逆旋流向涡强度及涡流发生器5尾流的动量水平。
[0050]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
[0051]根据本发明的超声速流场中燃料喷注混合装置及方法，在使用过程中，燃料供应系统以稳定且较低的压力将气态燃料2通过微型切向喷孔4以较低流速注入高速来流近壁边界层底部，边界层外层的部分高速气流在涡流发生器5边缘形成逆旋流向涡对501并裹挟气态燃料2形成虚拟射流，随后利用逆旋流向涡对501的自诱导效应即可将逆旋流向涡对501自身及其所裹挟的燃料带入高速主流6，实现气态燃料2喷注目的，喷注动力本质上来自逆旋流向涡对501从高速来流所继承的动能，因而气态燃料2的喷注不依赖于高压驱动，从而降低了燃料供应系统的工作压力，避免了传统横向喷注射流对高速主流6的冲击，增强了射流初始段的稳定性，有利于增加燃料穿透深度，且逆旋流向涡对501随后在高速主流6中发生破裂时会形成强对流，从而促使其裹挟的气态燃料2与高速主流6快速充分混合，使得气态燃料2的混合效果更好。
[0052]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超声速流场中燃料喷注混合装置，其特征在于， 包括:用于向超声速流道内的高速主流(6)注入气态燃料(2)的燃料供应系统、开设于超声速流道壁面(3)上用于由所述燃料供应系统向所述超声速流道内注入所述气态燃料(2)的微型切向喷孔(4)以及设于所述微型切向喷孔(4)下游用于形成裹挟有所述气态燃料⑵的逆旋流向涡对(501)的涡流发生器(5); 所述燃料供应系统提供的所述气态燃料(2)通过所述微型切向喷孔(4)低速注入所述超声速流道中的高速来流近壁面边界层底部并在边界层上层的高速气流(1)带动下流向所述涡流发生器(5)， 借助于边界层上层的部分高速气流(1)和处于边界层底层的所述气态燃料(2)在所述涡流发生器(5)两侧边缘的脱落过程形成两束流向涡(502)，所述流向涡(502)在所述涡流发生器(5)尾缘合并形成逆旋流向涡对(501); 所述逆旋流向涡对(501)借助自身涡结构的自诱导机制而逐渐升离所述超声速流道壁面(3)进入高速主流(6)并通过所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流(6)中受到的不稳定因素控制所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流￠)中发生破裂，以使所述逆旋流向涡对(501)中裹挟的所述气态燃料(2)与所述高速主流(6)快速混合。2.根据权利要求1所述的超声速流场中燃料喷注混合装置，其特征在于， 所述燃料供应系统包括用于提供压力大小高于超声速流道内所述高速主流(6)静压且低于所述高速主流(6)总压且压力分布均匀的所述气态燃料(2)的燃料驻室(7)， 所述燃料驻室(7)设于所述超声速流道壁面(3)内并与所述微型切向喷孔(4)连通。3.根据权利要求1所述的超声速流场中燃料喷注混合装置，其特征在于， 所述微型切向喷孔(4)设有多个， 多个所述微型切向喷孔(4)排布成多个纵列和多个横列，呈阵列式排列。4.根据权利要求3所述的超声速流场中燃料喷注混合装置，其特征在于， 所述微型切向喷孔(4)的输出口偏向所述高速主流(6)流动方向倾斜。5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声速流场中燃料喷注混合装置，其特征在于， 所述涡流发生器(5)呈斜坡式三角翼构型。6.一种超声速流场中燃料低压喷注混合方法，采用权利要求1至5中任一项所述的超声速流场中燃料喷注混合装置，其特征在于， 在超声速流道壁面(3)的微型切向喷孔(4)注入气态燃料(2)， 所述气态燃料(2)通过所述微型切向喷孔(4)注入高速来流近壁边界层底部； 边界层上层的部分高速气流(1)和所述气态燃料(2)在涡流发生器(5)边缘脱落生成逆旋流向涡对(501)，并裹挟所述气态燃料(2); 借助所述逆旋流向涡对(501)的自诱导速度场输运所述气态燃料(2)至高速主流(6)； 通过所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流(6)中受到的不稳定因素控制所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流(6)中破裂，从而完成所述气态燃料(2)与所述高速主流(6)的混合。7.根据权利要求6所述的超声速流场中燃料低压喷注混合方法，其特征在于， 边界层上层的部分高速气流(1)与气态燃料(2)在所述涡流发生器(5)边缘脱落生成所述逆旋流向涡对(501)，并裹挟所述气态燃料(2)的步骤，具体包括: 边界层上层的高速气流(1)在所述涡流发生器(5)侧边缘脱落并卷起形成流向涡(502)，并裹挟一同从所述涡流发生器(5)侧边缘脱落的所述气态燃料(2)于流向涡(502)涡核附近； 形成于所述涡流发生器(5)两侧的裹挟有所述气态燃料(2)的所述流向涡(502)随后在所述涡流发生器(5)尾缘合并形成所述逆旋流向涡对(501)。8.根据权利要求6所述的超声速流场中燃料低压喷注混合方法，其特征在于， 借助所述逆旋流向涡对(501)自身的自诱导速度场输运所述气态燃料(2)至所述高速主流￠)的步骤，具体包括: 所述逆旋流向涡对(501)在其自身涡结构的自诱导机制作用下逐渐升离壁面，并将其裹挟的所述气态燃料(2) —同带离所述超声速流道壁面(3)，并输运所述气态燃料(2)至所述高速主流(6); 逆旋流向涡对(501)的涡自诱导机制所依赖的能量来源于来流所述边界层上层的高速气流⑴自身的动能。9.根据权利要求6所述的超声速流场中燃料低压喷注混合方法，其特征在于， 通过所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流(6)中受到的不稳定因素控制所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流￠)中破裂，完成所述气态燃料(2)与所述高速主流(6)混合的步骤，具体包括: 根据所述逆旋流向涡对(501)在主流中受到的不稳定因素预估所述逆旋流向涡对(501)的稳定性，并调整所述涡流发生器(5)的结构参数、有效喷注流速和流量参数； 控制所述逆旋流向涡对(501)在所述高速主流(6)的预定位置破裂，完成所述逆旋流向涡对(501)裹挟的所述气态燃料(2)与所述高速主流(6)混合。10.根据权利要求6至9中任一项所述的超声速流场中燃料低压喷注混合方法，其特征在于， 燃料供应系统以稳定和低压状态将所述气态燃料(2)通过所述微型切向喷孔(4)以低流速注入高速来流近壁边界层底部。
【专利摘要】本发明公开了一种燃料喷注混合装置及燃料低压喷注混合方法。超声速流场中燃料喷注混合装置包括燃料供应系统、微型切向喷孔和涡流发生器；燃料供应系统提供的气态燃料通过微型切向喷孔注入超声速来流近壁面边界层底部并在边界层上层高速气流带动下流向涡流发生器，借助高速气流和气态燃料在涡流发生器侧边缘的脱落过程形成裹挟有燃料的逆旋流向涡对；逆旋流向涡对借助自身涡结构的自诱导机制逐渐升离壁面进入高速主流；通过逆旋流向涡对在高速主流中不稳定因素控制逆旋流向涡对在高速主流中发生破裂，使逆旋流向涡对裹挟的气态燃料与高速主流快速混合，达成喷注混合目的，喷注动力源自逆旋流向涡对从高速来流所继承的动能，而不依赖于高压驱动。
【IPC分类】F02K7/14
【公开号】CN105351112
【申请号】CN201510742247
【发明人】刘卫东, 王博, 孙明波
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月4日