[发明专利]一种抑制低频振荡高效燃气掺混结构

说明书

一种抑制低频振荡高效燃气掺混结构，适用于包含气液掺混流动状态的管路系统中，其能够消除引起液流系统低频脉动的激励源，从而达到抑制液流系统低频振荡的目的。本发明的燃气掺混结构是环形结构，该环形部件上包含两排等直径的圆形通孔。本发明的燃气掺混结构的实质在于，掺混孔为圆形小孔且数量多，圆形孔的孔心距与圆形孔径满足一定规律，避免各个气泡脱离以后形成连续的气膜，从根本上消除了液流系统低频脉动的激励源。本发明的燃气掺混结构已经在产品上进行过验证试验，取得了很好的效果，有效抑制了管路内液流系统的低频振荡，提高了产品的可靠性，可在类似的包含气液掺混流动状态的管路系统中推广应用。

技术领域

本发明涉及一种抑制低频振荡高效燃气掺混结构，属于流体机械领域。

背景技术

对于高压补燃液体火箭发动机，利用主涡轮后的高温高压富氧燃气驱动预压涡轮泵，是提高推进剂供应系统效率的有效方式之一。在燃气的驱动下，预压泵高速旋转增压主路液氧，通过预压泵对推进剂的预先增压，降低了涡轮泵对发动机入口压力的要求，从而提高了发动机工作的可靠性和发动机的运载能力。高温高压富氧燃气驱动预压涡轮做功后，经过混流孔直接进入低温液氧区，两者迅速掺混后发生冷凝，这段时间内发生着复杂的两相流动过程，液氧物性参数、接触面温度、压力等发生着剧烈的变化，在发动机考核边界条件时容易引起氧系统的低频振荡。其危害性主要表现在：(1)叠加振荡后，容易造成发动机氧入口压力过低，造成氧预压泵、氧泵严重汽蚀，使发动机不能正常工作；(2)发动机氧系统流路发生振荡后，由于频率较低，容易导致结构失效；(3)发动机氧系统的振荡最终体现在推力脉动上，易与火箭总体结构发生动力学耦合，进而产生纵向不稳定振动。氧系统的低频振荡直接制约着发动机的工作可靠性提升。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，为了解决现有燃气掺混结构引起的低频振荡问题，本发明提供一种高效富氧燃气掺混结构，抑制发动机氧系统的低频振荡。

本发明的技术解决方案是：

一种抑制低频振荡高效燃气掺混结构，该掺混结构是环形薄壁结构，在侧壁上布置两层等直径的圆形通孔，所有圆形通孔的中心线与环形薄壁结构的轴心线夹角相同，每层圆形通孔均沿周向均匀布置；

环形薄壁结构内为液体，环形薄壁结构外部为燃气，燃气通过所述圆形通孔进入环形薄壁结构内，与液体实现掺混。所述环形薄壁结构的上下端面直径不同。两排等直径的圆形通孔在侧壁的布置位置即为燃气与液体掺混处。上下两层圆形通孔数目相等，每两个上下对应的圆形通孔在同一个环形薄壁结构的轴面上。

同一层相邻的两个圆形通孔最小孔心距与圆形孔径之间满足：L_min/d≥2.5，式中L_min＝min(L1,L2)，其中L1为两个上下对应的掺混孔的孔心距，L2每层相邻两圆形通孔的孔心距，d为掺混孔径，掺混孔即为圆形通孔。所有圆形通孔的中心线与环形薄壁结构的轴心线夹角θ都相等，θ取40°θ80°。所有圆形通孔的孔径d相等，取4mmd12mm。

液体压力范围1～2MPa，燃气压力范围2～3MPa、温度范围200～300K，所述燃气能够溶解在所述液体中。所述环形薄壁结构材料为不锈钢。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明设计的新型燃气掺混结构，燃气掺混孔为两排小圆形斜孔，掺混孔数目的增多消除了氧系统低频脉动的激励源；

(2)本发明设计的新型燃气掺混结构，相邻圆形孔的孔心距与圆形孔径之间需满足一定规律，避免气泡脱离以后形成连续的气膜，保证富氧燃气与液氧掺混时燃气为大量的单个气泡状态；

(3)本发明提出的新型燃气掺混结构方案简单有效，经过了实践验证。

附图说明

图1是本发明燃气掺混结构的主视图；