一种带有定向调控燃油喷射的火焰稳定器

本发明涉及火焰稳定器的，特别涉及一种带有定向调控燃油喷射的火焰稳定器。

背景技术：

1、现代先进的涡扇发动机为达到更大的推重比，涡轮前燃气温度需要提高，主燃烧室温升提高，使得燃气流量增加，流速更快，进入涡扇加力燃烧室或冲压/加力燃烧室的来流温度和速度也大大提高。更高的温度有利于燃油的快速蒸发，但也导致燃油喷射后有效穿透深度缩短，掺混能力减弱，并伴随着燃油喷嘴结焦的异常风险。

2、更大的速度一定程度有利于燃油与气流剪切破碎，但也限制了燃油的穿透能力和其在燃烧腔内的滞留时间，为组织燃烧带来了更大的困难。同时由于稳定器及供油管在高温燃烧腔中长时间处于工作状态，需要对其进行冷却保护，因此把稳定器及供油系统进行一体化设计，引入适量的冷却气进行燃油及稳定器冷却，以提高其工作稳定性、可靠性及使用寿命也尤为重要。

3、综上所述，研发一种能够同时实现稳定燃烧，改善燃油的雾化、扩散和掺混性能，提高燃油的喷射深度，提升火焰扩张角，以及缩短燃烧腔内稳定器间周向联焰距离的方案已经成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带有定向调控燃油喷射的火焰稳定器，以实现稳定燃烧，改善燃油的雾化、扩散和掺混性能，提高燃油的喷射深度，提升火焰扩张角，以及缩短燃烧腔内稳定器间周向联焰距离。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带有定向调控燃油喷射的火焰稳定器，包括相互连接的锥柱段和长直段；所述锥柱段的截面呈三角状；所述长直段的截面呈矩形状，所述长直段的内部设有燃油引管和高压气引管，所述长直段的外部设有燃油接头、高压气接头和燃油喷注口，所述燃油喷注口设于所述长直段相对的两侧面上；所述燃油引管与所述燃油接头、以及所述燃油喷注口接通；所述高压气引管设于所述燃油引管内，所述高压气引管的外管壁与所述燃油引管的内管壁相互分离，所述高压气引管的进气口与所述高压气引管接通，所述高压气引管的出气口与所述燃油喷注口相对且分离形成剪切雾化腔，在往所述剪切雾化腔的方向上，所述高压气引管的出气口呈往外扩展的结构。

3、在其中一个实施例中，所述高压气引管的出气口呈往外扩展的摆角α为10°～20°。

4、在其中一个实施例中，所述高压气引管的管径为r，所述剪切雾化腔的深度为d，且有d＝r/2。

5、在其中一个实施例中，所述高压气引管的管径r＝0.5mm～1.5mm。

6、在其中一个实施例中，所述燃油引管的管径为r＝1.1mm～2.1mm。

7、在其中一个实施例中，所述燃油喷注口设于所述长直段邻近所述锥柱段的一侧。

8、在其中一个实施例中，所述长直段相对的两侧面上均设有多个所述燃油喷注口，多个所述燃油喷注口沿所述长直段的高度方向呈直线排列布置。

9、在其中一个实施例中，所述锥柱段和所述长直段一体成型。

10、本发明的有益效果如下：

11、(1)强化燃油的雾化，加强油雾掺混。

12、高压气引管引入高压气，燃油引管引入燃油，由于所述高压气引管的出气口与所述燃油喷注口相对且分离形成剪切雾化腔，在往所述剪切雾化腔的方向上，所述高压气引管的出气口呈往外扩展的结构，所以高压气引管的出气口等同于形成裙型涡流发生器，因此高压气与燃油以耦合形成气动增强雾化的喷射方式首先在剪切雾化腔内由裙型涡流发生器形成流向涡，经过漩涡的气动扰动、剪切作用下，燃油射流产生破裂。在出口不平齐腔体的强振荡影响下，扰动剪切效应增强，进一步加剧油雾液滴破碎。而后通过燃油喷注口正交注入高速来流，引入的高压气在燃油内侧裹挟着燃油与高速主流的进行高强度的摩擦剪切，湍流强度的增强和气动参数梯度急剧变化，伴随着燃油的大剪切变形和油气的交融，燃油更容易破碎成液滴并进一步形成细小油雾，以达到增强雾化和油气掺混的目的。

13、(2)增强燃油穿透深度。得益于引入的高压级气体，一方面其与高速主流交汇形成背流向局部低速区，使得燃油能以较低的动压到达更远的周向位置。另一方面，燃油受粘性作用自身得到一定程度的加速，燃油动量比的增加提升了燃油的穿透能力。以是，高压级气体增强了局部的传质能力，相邻径向火焰稳定器之间燃油可以在更短的距离内相遇，反映了火焰稳定器后方的火焰可以在更短的距离内联焰，达到了缩短联焰距离的目标。提高燃油的喷射深度，改善燃油的扩散和掺混性能。

14、(3)实现局部加氧加压。通过高压气引管对高压气的引入可以改善燃气经过主燃烧室燃烧后氧气大量消耗的情况，局部压力的增加，有利于提升油气跟随性，且有效应对低压低温条件下燃油雾化困难等情况，实现油雾的良好分布，提升局部燃烧性能。

技术特征：

1.一种带有定向调控燃油喷射的火焰稳定器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述高压气引管的出气口呈往外扩展的摆角α为10°～20°。

3.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述高压气引管的管径为r，所述剪切雾化腔的深度为d，且有d＝r/2。

4.根据权利要求3所述的火焰稳定器，其特征在于，所述高压气引管的管径r＝0.5mm～1.5mm。

5.根据权利要求3所述的火焰稳定器，其特征在于，所述燃油引管的管径为r＝1.1mm～2.1mm。

6.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述燃油喷注口设于所述长直段邻近所述锥柱段的一侧。

7.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述长直段相对的两侧面上均设有多个所述燃油喷注口，多个所述燃油喷注口沿所述长直段的高度方向呈直线排列布置。

8.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述锥柱段和所述长直段一体成型。

技术总结
本发明公开了一种带有定向调控燃油喷射的火焰稳定器，及火焰稳定器的技术领域，包括相互连接的锥柱段和长直段；锥柱段的截面呈三角状；长直段的截面呈矩形状，长直段的内部设有燃油引管和高压气引管，长直段的外部设有燃油接头、高压气接头和燃油喷注口，燃油喷注口设于长直段相对的两侧面上；燃油引管与燃油接头、以及燃油喷注口接通；高压气引管设于燃油引管内，高压气引管的外管壁与燃油引管的内管壁相互分离，高压气引管的进气口与高压气引管接通，高压气引管的出气口与燃油喷注口相对且分离形成剪切雾化腔，在往剪切雾化腔的方向上，高压气引管的出气口呈往外扩展的结构；以此解决了现有技术存在的众多问题。

技术研发人员：赵世龙,肖辉
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14