[发明专利]一种低流阻旋流扩散气液混合器

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及低温工作部件中的高温差大流量混合装置，具体涉及一种低流阻旋流扩散气液混合器。

背景技术

混合器广泛应用于日常生活、科研生产的各个领域，如石油化工、航空航天及各类试验设备，用以强化混合、传热、吸收和多相反应等工业操作过程。混合器的工作原理是依靠组装在内部的混合单元作用,使两种流体在混合器内里流动时相互掺混、换热，在出口形成温度统一、速度均匀的介质。以航天产品为例，火箭发动机作为火箭系统的核心部件，其工作的高可靠性建立在燃料供给的高稳定性基础之上。现有的混合器多采用内部顺排翼片结构，即两种流体在绕翼片流动时产生扰动，发生分流、合流、旋转等复杂的运动,促使两种流体都达到良好的分散。由于翼片为顺排方式，两种流体湍流度低，混合、换热不充分，出口速度、温度均一性很难保证，不利于燃料稳定均一的供给。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：改善现有结构的不足，解决混合器出口气体温度、速度不均匀的问题，提供一种低流阻旋流扩散气液混合器，从结构设计上加强混合效果，保证燃料供给更加稳定可靠。

实现本发明目的的技术方案：一种低流阻旋流扩散气液混合器，该混合器壳体一端为液体入口，另一端为出口；在液体入口内部设置起旋器，起旋器的端部连接多孔扩散器，多孔扩散器的另一端连接多孔弧形挡板；在多孔扩散器位置处的混合器壳体上开设气体入口；在混合器壳体内部中间处设置三组错排长翼片混合单元，每组错排长翼片混合单元由相互垂直的两块半圆型翼片组成，并且相邻两错排长翼片混合单元的翼片旋转方向相反；工作时液体从液体入口进入，流经起旋器后一分为二，并以旋转流入多孔扩散器，气体从气体入口进入，流经多孔弧形挡板，气体减速后与多孔扩散器中流出的液体进行扩散混合，经初步混合后的气液依次进入三组错排翼片混合单元，气液被强制旋流并均分成两股流体，并且气液发生两次流动方向改变，湍流混合，最终形成温度、成分均匀的混合物从出口流出。

如上所述的一种低流阻旋流扩散气液混合器，其所述的多孔弧形挡板上开设若干排小孔。

本发明的显著效果在于：本发明所述的低流阻旋流扩散气液混合器，增加了入口起旋器，由单一的扩散混合变为旋流混合，提高了两种流体湍流度，强化了混合效果；增加了多孔扩散器和弧形多孔挡板，提高了扩散速度、延长了混合时间；更改了翼片排布方式及长度，增加了不规律扰动，造成更大的湍流强度。同时，经数值仿真预估及试验验证，出口压力较入口压力下降低于3％。所以称之低流阻旋流扩散气液混合器。本发明的低流阻旋流扩散气液混合器在火箭发动机推力室头部之前，用于两路燃料的换热、混合，形成温度均一、速度稳定的气流，进入推力室进行燃烧。经过多次热试考核验证，技术可行，混合器出口温度均匀度明显提高，通过调节两路流体流量，可实现出口温度可调(±60℃)。

附图说明

图1为本发明所述的一种低流阻旋流扩散气液混合器结构示意图。

图2为多孔弧形挡板示意图。

图中：1.液体入口；2.起旋器；3.多孔扩散器；4.气体入口；5.多孔弧形挡板；6.错排翼片混合单元；7.出口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种低流阻旋流扩散气液混合器作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种低流阻旋流扩散气液混合器，该混合器壳体一端为液体入口1，另一端为出口7；在液体入口1内部设置起旋器2，起旋器2的端部连接多孔扩散器3，多孔扩散器3的另一端连接多孔弧形挡板5；在多孔扩散器3位置处的混合器壳体上开设气体入口4；

在混合器壳体内部中间处设置三组错排长翼片混合单元6，每组错排长翼片混合单元6由相互垂直的两块半圆型翼片组成，并且相邻两错排长翼片混合单元6的翼片旋转方向相反，增加了混合强度，提高了混合均匀性。

工作时液体从液体入口1进入，流经起旋器2后一分为二，产生径向旋转速度，起旋后的两股液体通过多孔扩散器3上的小孔，加速扩散；气体从气体入口4进入，流经多孔弧形挡板5，气体减速后与多孔扩散器3中流出的液体进行扩散混合，经初步混合后的气液依次进入三组错排翼片混合单元6，气液被强制旋流并均分成两股流体，并且气液发生两次流动方向改变，湍流混合，最终形成温度、成分均匀的混合物从出口7流出。

如图2所示，所述的多孔弧形挡板5上开设若干排小孔。所述的多孔弧形挡板，降低气体流速，延长气液混合时间并达到均流作用。

本发明所述的低流阻旋流扩散气液混合器，解决了混合器出口均匀性不足的问题。首先，在混合器原有液体进口增加起旋器2，通过起旋器2的作用使得液体旋转、产生径向速度；在起旋器2下游设置多孔扩散器3，使得液体通过小孔时径向流速进一步增加，强化液体与气体间扩散混合；在气体入口下游设置多孔弧形挡板，用以扰动气体，降低气体流速，延长气液混合时间，优化掺混；将现有顺排短翼片更改为错排长翼片，从结构设计上提高流体湍流度。通过旋流、扩散，实现两种流体快速、均匀混合。