[发明专利]一种燃油雾化装置及其应用

说明书

本发明涉及一种燃油雾化装置及其应用，燃油雾化装置包括蒸发管；所述蒸发管包括蒸发管入口、蒸发管入口弯段、蒸发管小变角扩口段、蒸发管大变角扩口段和蒸发管出口；其中，所述蒸发管的多个蒸发管入口相互独立；蒸发管的蒸发管出口前周向相互连接，形成环形结构的蒸发管出口。在蒸发管内部，扰流孔柱可以增强蒸发管内气流的湍流度，提高燃油蒸气与空气的掺混效果，也可以增大燃油与蒸发管壁面的接触面积，提高燃油在蒸发管内的雾化蒸发效率、油气掺混效果。另外蒸发管逐渐扩张并在出口的环形结构可以使全环燃烧室周向不同位置燃油相互掺混、相互碰撞雾化和蒸发，提高燃烧室内油气分布均匀性，改善温度分布品质。

技术领域

本发明属于小型航空发动机燃油雾化技术领域，特别涉及一种燃油雾化装置及其应用。

背景技术

高性能小型航空发动机具有体积小、重量轻、推重比高等优点，其中燃烧室通常设计为环形直流的结构形式，其结构相对简单，但气流的停留时间较短、散热损失较大，容易出现燃烧效率偏低的问题。在燃料供应方面，小型航空发动机燃烧室通常采用液态煤油作为燃料，为了实现煤油的高效蒸发和充分燃烧，目前主要有离心喷嘴雾化蒸发、甩油盘雾化蒸发与蒸发管雾化蒸发三种形式。其中以蒸发管雾化蒸发方式结构最为简单、成本最低，在低成本航空发动机燃烧室中应用较为普遍。

燃油雾化装置通过气动力雾化和热力雾化两种方式实现燃油的雾化和蒸发。其中气动力雾化主要通过燃油撞击蒸发管内表面发生破碎并在蒸发管内高速气流作用下进一步破碎、雾化来实现，燃油经气动雾化后形成微小液滴，在与空气相互作用的过程中蒸发并与空气混合；热力雾化主要通过蒸发管从燃烧室内部吸收热量、蒸发管壁面升温，蒸发管内部的空气升温，蒸发管壁面附近的燃油以及蒸发管内部的燃油从蒸发管壁面、蒸发管内空气吸收热量，在热力作用下雾化蒸发，并与空气混合。

目前小型航空发动机燃烧室正向高温升、长寿命的方向发展，而对于蒸发管燃烧室，实现高温升和长寿命的最佳方式是较高的燃油燃烧效率和均匀的油气、温度分布。而小型发动机整体尺寸较小，蒸发管燃烧室尺寸也较小，燃油滞留时间短，在蒸发管中气动雾化不充分、受热不均匀，难以形成充分混合的油气混合物，限制了燃油燃烧效率的提高。另一方面，在小型环形直流燃烧室中，蒸发管通常采用成组、分体式管形设计，而给蒸发管供油的燃油总管难以保证同时供入各个蒸发管的燃油流量一致，因此容易出现全环燃烧室周向燃油分配不均匀、燃油与空气混合不充分、燃油气动雾化不足、油气混合不均匀、局部过热烧蚀等问题。

专利US005528903A设计了一种环锥形的盘式蒸发管，通过延长燃油在蒸发管内驻留时间增加燃油受热、提高燃油蒸发、油气混合效率和燃烧效率，但蒸发管过长易出现局部烧蚀、堵塞等问题。专利US20170356657通过在蒸发管出口设计凹腔结构，增强空气与燃油相互作用实现燃油的高效雾化、蒸发和油气混合，但蒸发管出口附近回流可能造成火焰进入蒸发管内部，造成蒸发管烧蚀。专利CN109737454通过变截面环形蒸发管结构实现油气在较大空间内的混合、燃油的雾化和蒸发，但对燃烧室原本气动布局影响较大，且其星形燃油输运管和喷油结构相对复杂，成本较高。

因此，亟需提供一种燃油雾化装置，以解决燃油在蒸发管内的雾化和蒸发、掺混效果不好、燃油周向分布不匀以及蒸发管过长、损失大的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种燃油雾化装置，所述燃油雾化装置包括蒸发管2；

所述蒸发管2包括蒸发管入口2a、蒸发管入口弯段21、蒸发管小变角扩口段22、蒸发管大变角扩口段23和蒸发管出口2b；

其中，所述蒸发管2的多个蒸发管入口2a相互独立；

蒸发管2的蒸发管出口2b前周向相互连接，形成环形结构的蒸发管出口2b。

进一步地，所述蒸发管小变角扩口段22和蒸发管大变角扩口段23内设置有多个错位排列的扰流孔柱201；