[实用新型]一种超音速双介质微射流稳燃装置

说明书

本实用新型提出了一种超音速双介质微射流稳燃装置，属于稳燃技术领域。包括外壳、内芯、第一通道和第二通道；内芯采用拉伐尔喷管，拉伐尔喷管同轴布置在外壳的内部，拉伐尔喷管上游入口与外壳底部连接固定，外壳底部设有连通拉伐尔喷管上游入口的第二通道，外壳顶部设有喷射口，拉伐尔喷管的下游出口与所述的喷射口之间留有间隙；外壳内壁与拉伐尔喷管外壁之间形成腔室，所述的腔室通过拉伐尔喷管下游出口与喷射口之间的间隙连通喷射口；在外壳中下部还设有连通所述腔室的第一通道。本实用新型通过拉伐尔喷管内芯来提高射流动量与贯穿距离，使稳燃装置满足气体微射流与液雾微射流两用功能，消除了燃烧不稳定的问题，结构简单，便于微型化设计。

技术领域

本实用新型属于稳燃技术领域，尤其涉及一种超音速双介质微射流稳燃装置

背景技术

现代燃气轮机必须遵守现行的环境保护法规，同时减少燃料消耗和污染物排放。稀薄燃烧技术显著影响燃烧过程，并通过影响燃料与空气混合来减少NOx的形成。然而，由于热释放和声压之间的正反馈，稀薄燃烧易于引发燃烧不稳定性。

传统的解决方案有(1)在燃烧室侧壁或进气端安装声阻尼装置，比如亥姆霍兹谐振器、穿孔板或穿孔衬管、挡板、半波长管或四分之一波长管、穿孔板等，声阻尼装置开发周期较长，调整不灵活。(2)利用反声技术主动控制声压脉动，该策略复杂，需要额外的控制系统，且控制系统响应时间相对被控系统的特征时间较长，控制器能力有限，由于大多数控制器需设置固定的参数，仅适合线性系统控制，而面对大型燃烧系统的控制效果一般。(3)利用干扰化学反应打破热释放与压力之间的耦合，如向火焰中心喷注混合气体，该方式不仅能降低火焰中心温度，减少NOx的形成，还能产生丰富的涡系，使得热释放和压力波动的相位关系更加随机，这些涡团有效地穿透火焰内、外循环区和剪切层，使得热释放率不能规律性地波动，从而控制了燃烧不稳定。然而现有的射流器通常是中空的圆管，这种形状的射流管产生的射流贯穿距离短，如果加大射流流量又可能导致火焰吹熄；此外，现有报道的火焰射流稳燃装置仅能喷射气体，不能向火焰喷射雾化液体。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有的稳燃装置结构复杂且射流贯穿距离短的问题，提出了一种超音速双介质微射流稳燃装置，通过拉伐尔喷管内芯来提高射流动量与贯穿距离，使射流稳燃装置满足气体微射流与液雾微射流两用功能，消除了燃烧不稳定的问题，结构简单，便于微型化设计。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种超音速双介质微射流稳燃装置，包括外壳、内芯、第一通道和第二通道；所述的内芯采用拉伐尔喷管，所述的拉伐尔喷管的截面积从上游至下游先变小再变大，且拉伐尔喷管的上游入口直径大于下游出口直径，下游出口直径大于喷射口直径。

所述的拉伐尔喷管同轴布置在外壳的内部，拉伐尔喷管上游入口与外壳底部连接固定，所述外壳底部设有连通拉伐尔喷管上游入口的第二通道，外壳顶部设有喷射口，拉伐尔喷管的下游出口与所述的喷射口之间留有间隙；

所述的外壳内壁与拉伐尔喷管外壁之间形成腔室，所述的腔室通过拉伐尔喷管下游出口与喷射口之间的间隙连通喷射口；在外壳中下部还设有连通所述腔室的第一通道。

优选的，所述的拉伐尔喷管下游出口与喷射口之间的距离H是拉伐尔喷管下游出口直径D的1/4。

优选的，所述的外壳外壁为中空柱形结构，外壳的底部为平面，第一通道位于底部平面的中心位置，第一通道与所述的拉伐尔喷管同轴；外壳的顶部呈锥形，喷射口位于锥形的锥尖位置，喷射口与所述的拉伐尔喷管同轴。

优选的，所述的外壳顶部的锥角为120°～170°。

优选的，所述的拉伐尔喷管的上游入口直径与外壳内径相同，拉伐尔喷管的下游出口直径是外壳内径的1/8～1/5；拉法尔喷管的喉部直径也即临界直径，外壳内径是喉部直径的8～12倍。

优选的，所述中空柱形结构的高度是内径的4倍以上。