[发明专利]基于空气分级反向射流技术的双凹腔火焰稳定燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及发动机燃烧控制技术领域，具体涉及一种基于空气分级反向射流技术的双凹腔火焰稳定燃烧装置。

背景技术

发动机作为广泛应用的动力机械，已经渗入到各个主要的经济部门，其应用领域涉及海、陆、空等多个方面，服务对象惠及军用、民用。燃烧室是发动机的重要组成部分，发展稳定高效低污染发动机燃烧室是研究者追求的目标。由于燃烧室内燃料处于高速流动中，燃料点火、混合和燃烧通常比较困难，现有技术中，为使燃料更加顺利点火，通常会在点火区域设置凹腔。气流流过凹腔会在凹腔内形成回流区，回流区作用下，火焰始终驻留在凹腔内，该区域作为稳定的点火源持续点燃来流新鲜燃料，并不断促进未燃尽气体的燃烧。凹腔在燃烧室中集燃料喷注、混合增强及火焰稳定作用于一身，在提高发动机性能方面发挥了重要的作用。

但是，本申请的发明人经过研究发现，带有凹腔的发动机也存在如下缺陷：第一、传统带有凹腔的燃烧室，主流直通道进气方式下，凹腔底部形成的燃烧区较为稳定，凹腔上部的燃烧区不够稳定，燃料燃烧效率仍待提高；第二、现有的燃烧室采用单一进气口，燃料在凹腔内部的停留时间不长，造成燃料燃烧不充分；第三、凹腔内未燃尽气体进入主流通道，燃烧区逐渐向燃烧室后方移动，容易造成燃烧室内局部温度过高，温度分布不均匀的情况；第四、现有发动机燃烧室内进气量较小时，燃烧较为稳定，而高功率燃烧装置要求的大流量与吹熄现象存在矛盾。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于空气分级反向射流技术的双凹腔火焰稳定燃烧装置，该装置在保证燃料高效稳定燃烧的同时，通过控制燃烧室内燃烧区，使燃烧室内温度分布更加均匀。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于空气分级反向射流技术的双凹腔火焰稳定燃烧装置，包括共轴线顺序连接的二次空气进气分流预热段、火焰稳定凹腔段、旋流式斜缝反向射流段和渐扩渐缩出口段；其中，

所述二次空气进气分流预热段包括二次空气入口及安装于燃烧装置头部的W型分流板，所述分流板的中心区域为凹型并开设有与中心轴线平行的长条形直孔，所述分流板的两侧区域开设有与中心轴线成12°～18°夹角的圆形斜孔，所述圆形斜孔以偏离所述中心轴线的方式向上下两侧倾斜；

所述火焰稳定凹腔段包括相对配置的上部火焰稳定凹腔和下部火焰稳定凹腔，所述上部火焰稳定凹腔和下部火焰稳定凹腔的后壁面均设有至少一个一次空气喷孔，凹腔的前壁面均设有至少一个燃料气喷孔，且所述一次空气喷孔和燃料气喷孔交错布置；

所述旋流式斜缝反向射流段包括安装在主流通道上的上三次空气喷孔和下三次空气喷孔，所述上下三次空气喷孔均为旋流式斜缝反向射流喷孔，其进气方向与主气流方向相反，且安装成与中心轴线成30°～60°夹角；

所述渐扩渐缩出口段包括渐扩渐缩通道和燃烧室出口，所述渐扩渐缩通道中的渐扩入口当量直径大于渐缩出口当量直径。

与现有技术相比，本发明提供的基于空气分级反向射流技术的双凹腔火焰稳定燃烧装置，燃烧装置头部采用W型分流板，主流通道壁面采用旋流式斜缝反向射流进气和渐扩渐缩出口段，将燃烧室内燃烧区进行分割，分流板两侧的斜孔进气进入凹腔内，与凹腔前后壁面进气进行掺混扰动，促进凹腔内主燃区的燃烧过程；分流板轴向(即中心)进气与两股旋流式斜缝反向射流进气形成的气流墙，将主流通道内燃烧区分割为三个燃烧区，使得在进气量较大时仍能保证火焰良好的稳定性，提高燃烧效率，拓宽了燃烧装置的稳燃范围；同时温度沿轴向分布更加均匀，避免了局部温度过高，延长了燃烧装置的使用寿命，进一步拓宽了燃烧装置的应用范围。

进一步，所述分流板采用具有强蓄热功能的陶瓷材料。

进一步，所述分流板的中心区域设有多列长条形直孔，中间的长条形直孔孔径较大且分布密集，中间两侧的长条形直孔孔径较小且分布稀疏；所述分流板的两侧区域设有多列圆形斜孔，且靠近所述分流板边缘的圆形斜孔分布较密集。

进一步，所述凹腔后壁面的一次空气喷孔靠近凹腔顶部，所述凹腔前壁面的燃料气喷孔靠近凹腔底部。

进一步，所述一次空气喷孔预设的进气速度是燃料气喷孔预设的进气速度的1～2倍。

进一步，所述凹腔前壁面燃料气、凹腔后壁面一次空气和部分二次空气在凹腔内相互扰动，在凹腔内形成主燃烧区。

进一步，所述凹腔后壁面与凹腔前壁面的高度比为1～1.2，所述凹腔长度与凹腔前壁面的高度比为1～1.4。