[发明专利]一种金属和水反应的涡流燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡流燃烧装置，尤其涉及一种金属和水反应的涡流燃烧装置。

背景技术

目前，活泼金属颗粒和水的反应被引入到水下航行体推进装置系统中。但国内传统的水下冲压发动机的燃烧装置的燃烧效率并不理想，试验可以发现，有许多固体残留在发动机内部。导致这一结果的主要原因是金属氧化物的产生，包裹在金属颗粒表面阻止了燃烧继续进行。传统的发动机结构不能很好地完成水蒸汽与金属颗粒的接触燃烧，大大降低了反应速率，影响发动机性能。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有水下发动机金属与水反应混合效率低，不能充分发挥其化学性能的缺点，而提供一种金属和水反应的涡流燃烧装置。

本发明的目的是这样实现的：包括燃烧室，燃烧室的上部分是圆环形容器、下部分是圆锥形容器，所述圆环形容器包括外壁、内壁、连接内壁与外壁的上盖和内壁包围的底盖，圆环形容器外壁设置金属喷嘴，圆环形容器内壁设置水喷嘴，水喷嘴的位置与金属喷嘴的位置相对应，圆锥形容器的上部与圆环形容器的外壁下端对接，圆锥形容器的底部与喷管连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在圆锥形容器底部设置二次燃烧室，二次燃烧室外壁设置二次注水喷嘴，喷管与二次燃烧室的出口位置连接。

2.所述金属喷嘴和水喷嘴是质量流量控制喷嘴或在金属喷嘴和水喷嘴前端设置质量流量控制器。

3.至少有两个所述金属喷嘴和水喷嘴。

4.所述喷管是渐扩形状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的金属粉末由中性气体携带，可以通过调节喷嘴流量控制金属粉末的流入质量；金属喷嘴和水喷嘴设置在同一切向的相应位置，可以使得金属粉末和水通过对冲接触作用达到混合反应剧烈区，本发明不仅可以延长燃料在燃烧器内的滞留时间即延长金属和水反应时间，还可以通过对冲碰撞作用使金属粉末燃料能够和水充分混合进行充分的反应。冲击作用使得物质之间相互碰撞摩擦，破坏了反应过程中形成在金属表面的氧化膜，使金属区域暴露出来从而进一步和水剧烈燃烧，增强其燃烧特性。燃烧室的下部分是圆锥体，方便未发生反应的金属粉末进入二次燃烧室进行再一次燃烧，在二次燃烧室的靠上部位，有一个二次注水孔，目的是增加出口质量流量，又使未完全燃烧的金属粉末与二次注入的水进行充分反应，增加能量利用率，从而提高燃料的作功能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施案例一：结合图1，本发明的涡流燃烧装置包括燃烧室3，燃烧室3的上部分是圆环形容器、下部分是圆锥形容器，所述圆环形容器包括外壁、内壁、连接内壁与外壁的上盖7和内壁包围的底盖8，圆环形容器外壁设置金属喷嘴1，圆环形容器内壁设置水喷嘴2，水喷嘴2的位置与金属喷嘴1的位置相对应，圆锥形容器的上部与圆环形容器的外壁下端对接，圆锥形容器的底部与喷管5连接，喷管5是渐扩形状。所述上部分圆环形容器上端贯穿，也即内壁和外壁之间设置有上盖7，可以在圆环形内壁围成的中间空隙部分向水喷嘴2里注入水。金属粉末从金属喷嘴1由中性气体携带进入圆环形容器3，水液滴通过水喷嘴2进入圆环形容器3，金属流与水流互相冲刷，在圆环形容器3内剧烈混合，并经点火器点火引燃(这里未画出点火器)。点燃后，混合的金属粉末和水反应剧烈，产生大量高温燃气和金属氧化物，因为金属粉末是和中性气体一起注入，使得金属粉末喷嘴比水喷嘴注入的物质多，速度更大，经过对冲作用后，涡流燃烧器内部气流沿金属喷嘴1流入方向形成涡流，这使金属和水混合更加充分，同时延长反应时间。喷管5可以使燃烧室内压力保持稳定，燃气出口速度得到提高。

在本发明的实施过程中，在圆环形容器外壁、内壁可以相对应的设置多个金属喷嘴1和水喷嘴2，使金属粉末和水能够更好的混合。所述的金属喷嘴1和水喷嘴2是质量流量控制喷嘴或在金属喷嘴1和水喷嘴2上设置质量流量控制器。

实施案例二：根据实施案例一所述的涡流燃烧装置，在圆锥形容器底部设置二次燃烧室4，二次燃烧室4外壁设置二次注水喷嘴6，喷管5与二次燃烧室6的出口位置连接。

则在燃烧室发生反应后的中性气体和水蒸气带动未完全反应的金属颗粒会向喷管出口方向运动，首先进入二次燃烧室4，而在二次燃烧室4的靠上部位设置一个二次注水喷嘴6，则未反应的未完全反应的金属颗粒与由二次注水喷嘴6注入的水进行二次燃烧，能源利用率增加，也提高了燃料的做功能力，使金属和水反应达到最佳比例，增加能量利用率，从而提高燃料的作功能力，既能得到最大的燃烧效率，又能产生最大的推力。二次燃烧室出口4位置连接一喷管5，可以使燃烧器内压力保持稳定，燃气出口速度得到提高。