微型发动机燃烧室环形凹凸壁面蒸发管的制作方法

本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种蒸发管壁面结构设计并能有效改善燃烧室内燃油雾化蒸发效果，从而提高微型燃烧室内的燃烧效率。

背景技术：

自二十世纪八十年代微型发动机的概念出现以来，微型发动机及其相关技术的研究取得了不小的进步。微型动力系统在近几年已成为国内外研究热点，其中微型涡轮发动机是最有前途的动力之一，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机中关键环节，也是最重要的部分，与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间段、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。

国内外虽然开展了微型燃烧室的相关研究工作，但对于微型燃烧室的流动特征和性能的研究较少，厘米级的燃烧室一般为环形燃烧室，它主要用于厘米级发动机中，有蒸发管式环形燃烧室和离心甩油盘环形折流燃烧室。蒸发管式的环形燃烧室被广泛采用，液体燃料经过蒸发管时，逐渐蒸发为气态，在燃烧之前和蒸发管里面的空气已经初步掺混，这样缩短了气流在燃烧室滞留的时间，并且能够较好的燃烧，同时，它没有旋流器，也没有用来产生稳定涡的钝体，但火焰筒的内外壁面开着很多有规律的掺混孔，孔与蒸发管出口气流能产生稳定涡，使燃油更加充分燃烧，并使出口温度满足涡轮进口的要求。采用此种方式供油方式可以在较短的燃烧停留时间条件下获得较高的燃烧性能。

微型发动机燃烧室性能的好坏直接决定发动机性能的好坏，而对于燃烧室性能好坏，燃油燃烧效率起关键性作用。蒸发管的使用能够提高燃油的雾化蒸发，从而提高燃烧效率，以往常采用直筒或者L型光滑壁面等结构，能够提高燃烧效率，但效果较差，这方面的研究还有待提高，蒸发管壁面结构设计具有研究前景，对燃烧室性能提高有很大帮助。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出一种能够增强微型燃烧室内燃油蒸发雾化效果的蒸发管新型壁面结构设计方案。本技术采用环形内凹外凸结构设计：内凹结构能够增大蒸发管内流通区域，增加燃油在蒸发管内停留时间；外凸结构能够增强蒸发管传热，提高燃油雾化蒸发效果。环形结构的设计和加工都很简单，在工程使用中有多方面优势。

技术方案

本发明的目的在于提供一种微型发动机燃烧室环形凹凸壁面蒸发管。

本发明技术方案如下：

微型发动机燃烧室环形凹凸壁面蒸发管，包括：环形内壁面内凹结构和外壁面凸台结构，设计参数包括内凹深度、外凸高度、环形宽度和几何分布。对于厘米级的蒸发管，壁面厚度为1～2mm，直径为5～10mm，长度为4～10cm。

所述环形凹凸壁面蒸发管内壁面环形内凹结构，其特征在于：蒸发管内壁面环形内凹结构深度为0.5～2mm，环形宽度为0.5～3mm，均匀分布在蒸发管内。环形内凹结构的具体尺寸应根据蒸发管的整体尺寸进行比例分配，在满足强度要求的前提下，对壁面内凹进行尺寸设置。

所述环形凹凸壁面蒸发管外壁面环形凸台结构，其特征在于：在内壁内凹结构的同等位置进行外壁面设置环形凸台结构，环形凸台结构尺寸外高度为0.5～2mm，宽度为0.5～3mm，具体尺寸应根据蒸发管具体尺寸进行分配，所处位置与环形内凹结构处于同一位置，均匀分布在蒸发管外壁面上，从而能够保证蒸发管强度。

蒸发管环形内凹外凸结构在轴向方向进行等距分布，整个蒸发管分布的数量为5～50个，具体分布情况根据实际的蒸发管尺寸进行调整设计。

本发明具有以下有益效果：

在微型发动机燃烧室内采用环形凹凸壁面蒸发管，与普通蒸发管不同，蒸发管内部增加了内凹环结构，从而增加了气流在蒸发管内停留的时间，让其有充分的时间与蒸发管内空气进行蒸发预混，同时，内凹环结构增加了内壁面面积，从而使蒸发管内混气与蒸发管内壁面接触面积增加，换热效果得到增强，对燃油的雾化蒸发有加强效果；蒸发管外壁面增加了外凸环结构，从而增加了蒸发管外壁面面积，对蒸发管与燃烧室内高温气流换热有加强作用，壁面温度能够提高，对蒸发管内的燃油雾化蒸发有促进作用。这两部分的添加加强了蒸发管内燃油的雾化蒸发效果，从而在蒸发管出口得到预混较好的混气，进入燃烧室后能够更好的充分燃烧，燃烧效率也会有显著提高，对发动机性能的提高也起到了很大帮助。

附图说明

图1：带有环形结构的蒸发管整体三维图

图2：对有环形结构的蒸发管进口进行局部放大图

图3：环形结构的蒸发管正视图

图4：环形凹凸壁面蒸发管剖面示意图

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1、图3、图4，本发明提供了一种新的可以有效增强换热和提高燃油蒸发雾化的微型发动机燃烧室环形凹凸壁面蒸发管。图1为带有环形内凹外凸结构的微型燃烧室蒸发管整体结构示意图，图3为正视图主要表明环形内凹外凸结构在蒸发管上的轴向分布，图4为蒸发管环形内凹外凸结构截面示意图，主要用来确定内凹深度和外凸高度截面图示。燃烧室是微型发动机的核心部件，微型发动机尺寸小、结构紧凑、不易流动和燃烧，燃烧驻留时间短，量级为几毫秒，采用蒸发管结构进行雾化，而在蒸发管内增加环形内凹外凸结构能更好的加强换热和提高雾化效果。

环形凹凸壁面蒸发管包括两部分结构：内壁面环形内凹结构和外壁面环形外凸结构。图3、图4所示环形内凹外凸结构在蒸发管的分布。外界气流经蒸发管进口进入蒸发管内，蒸发管具有内凹结构(图4)有稳住气流的作用，环形内凹结构使蒸发管内的利用空间增大，燃油与空气混合的空间得到增大，混气与蒸发管壁面的接触面积增大，气流与蒸发管壁面的换热得以增强，同时在凹腔内能形成回流区，让混气在蒸发管内停留的时间增加，使雾化蒸发时间增加，这两者的增加使燃油在蒸发管内的雾化蒸发效果得到加强。图3所示蒸发管外壁面分布有规律的环形外凸结构，外凸结构增加了蒸发管外壁面的面积，从而增加蒸发管与火焰筒高温气流换热，蒸发管壁面的温度能够得到显著提高，对蒸发管内的燃油蒸发雾化起促进作用。预混的混气经蒸发管出口进入火焰筒内部，由于在蒸发管内已经混合蒸发的很充分，在蒸发管出口能够更好更充分的燃烧，从而达到提高燃烧效率，也对燃烧室性能有很大提高，发动机性能也能够进一步提高。