[发明专利]一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置及方法

权利要求书

1.一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：包括壳体(1)、内筒(2)、入口法兰(3)、出口法兰(4)、插管单元(5)、旋流器(6)和喷注板(7)；

所述壳体(1)同轴设置在内筒(2)外侧，入口法兰(3)、出口法兰(4)分别设置在壳体(1)两端，入口法兰(3)、出口法兰(4)、内筒(2)外壁和壳体(1)内壁之间形成密闭的空气腔(8)；

所述壳体(1)入口侧设有与空气腔(8)连通的第一空气入口(11)；

所述插管单元(5)、旋流器(6)和喷注板(7)沿内筒(2)轴向依次设置在内筒(2)上，且喷注板(7)靠近出口法兰(4)侧设置；

所述插管单元(5)包括沿内筒(2)轴向依次设置的多个管道组，每个管道组包括沿内筒(2)圆周方向均布的多个直流管道，直流管道的一端设置在内筒(2)内壁上，且与空气腔(8)连通，另一端沿内筒(2)径向伸向内筒(2)中心，每个直流管道的另一端端面为面向高温燃气来流方向的斜面；每个直流管道上开设多个冷却孔(5111)；

多个管道组的直流管道轴向长度由入口法兰(3)向出口法兰(4)方向依次增加；

所述喷注板(7)上开设多个与内筒(2)轴线平行的直流孔(71)。

2.根据权利要求1所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述管道组的数量为3。

3.根据权利要求2所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：3个管道组分别为沿内筒(2)轴向等间隔设置的第一管道组(51)、第二管道组(52)、第三管道组(53)，且第三管道组(53)靠近旋流器(6)设置；

设第一管道组(51)、第二管道组(52)、第三管道组(53)的直流管道分别为第一直流管道(511)、第二直流管道(521)、第三直流管道(531)；

所述第一直流管道(511)、第二直流管道(521)、第三直流管道(531)的轴向长度分别为内筒(2)半径的1/4、1/2、3/4。

4.根据权利要求3所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述壳体(1)和内筒(2)之间设置环形肋板(9)，环形肋板(9)位于第二管道组(52)和第三管道组(53)之间，环形肋板(9)将空气腔(8)分割为第一环形腔(81)和第二环形腔(82)，且第一环形腔(81)与第一空气入口(11)连通；

所述壳体(1)外侧壁中部设有与第二环形腔(82)连通的第二空气入口(12)。

5.根据权利要求4所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述第一空气入口(11)的截面面积大于第二空气入口(12)的截面面积；

所述环形肋板(9)与第二管道组(52)相邻设置。

6.根据权利要求5所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述第一空气入口(11)和第二空气入口(12)沿内筒(2)圆周方向均布；

所述第一空气入口(11)的截面面积为第二空气入口(12)的截面面积的两倍。

7.根据权利要求3至6任一所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述第一直流管道(511)、第二直流管道(521)、第三直流管道(531)的数量相同，且第一直流管道(511)、第二直流管道(521)、第三直流管道(531)沿内筒(2)圆周方向依次错位布置。

8.根据权利要求7所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述冷却孔(5111)的孔径为2mm，每个直流管道上相邻两个冷却孔(5111)的间隔为6mm；

每个直流管道另一端的斜面为45°斜面；

所述旋流器(6)的斜角为45°。

9.根据权利要求8所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特征在于：所述内筒(2)上沿径向设有多个透气孔(21)。

10.一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混方法，其特征在于，采用权利要求1所述高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，所述方法包括以下步骤：

1)高温燃气从入口法兰(3)流入内筒(2)；同时，冷空气从第一空气入口(11)进入空气腔(8)；

2)高温燃气从内筒(2)的入口侧向出口侧流动过程中，多个管道组的直流管道喷出的冷空气气流对高温燃气进行掺混；

3)旋流器(6)对掺混后的气流进行强迫混合；

4)经旋流器(6)流出的气流进入喷注板(7)，喷注板(7)的直流孔(71)对气流进行整流，生成发动机入口所需温度的来流。