CN104676647A - 一种强化液膜破碎效果的文氏管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强化液膜破碎效果的文氏管装置。在文氏管喉道与文氏管出口之间的区域设有数排扰流用凸台或孔，起到扰乱液膜流动，强化雾化效果的作用。当高速的液膜流经该区域时完整的液膜将会被扰乱，针对不同的双级旋流器我们合理地安排孔或凸台的位置可以有效促进液滴的高效雾化。本发明的优势在于尽在传统文氏管的基础上进行小幅改动便可强化雾化效果，很有实用价值。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，涉及一种高效燃料雾化的文氏管和由该文氏管组成的火焰筒和燃气轮机燃烧室。
背景技术
现代航空发动机的发展要求燃烧室具有高温升、低排放的特性。众所周知液体燃料在空气中燃烧，首先蒸发成燃油蒸汽，然后再进行燃烧。因此，燃烧的快慢在某种程度上取决于燃油蒸发的快慢。为了提高燃油的燃烧速度就必须要提高燃油蒸发速度。而提高燃油蒸发速度的非常重要的方法就是利用喷雾技术把燃油变成很细小的雾滴，以增加其蒸发面积。高温升、低排放对燃料的雾化有更高的要求。
关于燃料的雾化，形象地说，液体燃料的雾化过程类似于厨房里土豆切丁过程。典型的切法是先切片，后切丝，最后切成丁。其中片的厚薄、丝的粗细都将影响最后丁的大小。一般喷嘴中，我们也类似地采用先在文氏管上形成油膜(片)，然后经由两级旋流器进行雾化，形成液滴的雾化过程设计。而对液体起破碎作用的力，包括气动力和惯性力。气动力的作用是气体与液流之间以大的相对速度产生相互作用，以及由于液流受气动力方向不同而形成的压力使液流变形、失稳、破裂。惯性力的作用是以较大液流速度使液流处于强紊流状态，其横向扰动使流体变形，以至于失稳而破裂。文氏管上液膜的雾化过程一般就不由(至少不完全由)喷嘴结构控制，而是由液体的表面张力(及粘性)、液膜或液丝的动能，或者空气的动能等控制了。我们对于文氏管的改进可以有效地加大气动力与惯性力，使液膜更容易失稳破裂，进而加强了雾化效果，可以有效地促进燃料液膜变为小液滴的过程。
该强化雾化效果的文氏管装置，对于高性能航空发动机的研制具有重大的潜在应用价值。目前关于燃气轮机燃烧室燃料的雾化研究主要集中于对复合喷射方式的研究，而关于文氏管结构对于燃料雾化的影响却少有研究。很少见到关于在文氏管出口处内壁面上开孔或加凸台的文章或专利。而这种文氏管采用了预膜雾化的方式，其雾化不受来流空气质量流量大小的影响，雾化质量好；孔和凸台的存在加大了燃料液膜的扰动，强化了雾化效果，且结构设计简单，加工方便，有不容小视的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种新的高效燃料雾化的文氏管和由该文氏管组成的火焰筒和燃气轮机燃烧室，与现有技术相比，本发明的优点是相对于其他燃气轮机燃烧室上的文氏管，加大了对文氏管上燃料液膜的扰动，强化了雾化效果，且结构设计简单。
技术方案
本发明的目的在于提供一种强化液膜破碎效果的文氏管装置。
本发明的目的是这样实现的：
1、一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：该文氏管位于一级旋流器和二级旋流器出口中间位置。
2、根据要求1所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：在所述文氏管管壁上开圆孔，开圆孔区域范围为距文氏管出口10mm处到文氏管出口处，所开孔的直径的大小范围为05-2mm，文氏管上所开孔的孔壁面的切线与文氏管中轴线所形成的夹角中的锐角，该夹角的角度变化范围为0-90度。
3、根据要求1或2所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：在所述文氏管管壁上开圆孔，所开圆孔排数为1-6排，在文氏管管壁上所开的孔在排数超过一排时可以采取叉排或顺排的排列方式，其排间距的可选变化范围为最小孔径大小的1-10倍。在文氏管轴向的同一位置处的孔具有相同的形状和孔间距，在文氏管管壁上不同排的孔可以有不同的形状和间距，其孔间距的可选变化范围为孔径的1-10倍。
4、根据权利要求1所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于，在所述文氏管管壁上加菱形凸台，加凸台的区域范围为距文氏管出口10mm处到文氏管出口处，所加凸台排数为1-6排，此菱形凸台两对角线长度范围均为0.6-3mm，文氏管内壁上凸台的高度尺寸范围为0.2-2mm。
5、根据权利要求1或4所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于，在文氏管管壁上所加的凸台在排数超过一排时可以采取叉排或顺排的排列方式。其排间距的可选变化范围为凸台最小对角线长度的1-10倍，在文氏管轴向的同一位置处的 凸台具有相同的形状和间距，在文氏管管壁上不同排的凸台可以有不同的形状和间距，其凸台间距的可选变化范围为凸台最小对角线长度的1-10倍。
6、一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：由要求1-5中的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置配合一级旋流器叶片、二级旋流器叶片和套筒可以构成一种高效雾化的双级旋流器。
7、一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：由要求1-6所述的一种包含强化液膜破碎效果的文氏管装置的双级旋流器可以构成燃气轮机燃烧室。
这种强化液膜破碎效果的文氏管装置的加入加大了文氏管上燃油液膜的扰动，使燃气轮机燃烧室里燃油雾化地更充分，以便更好地与空气掺混，提高燃烧效率，而且加工方便。
附图说明
图1：双级旋流器整体结构三维图
图2：双级旋流器文氏管开孔剖视图
图3：双级旋流器文氏管打孔位置示意图
图4：顺排布置开孔的文氏管
图5：叉排布置开孔的文氏管
图6：内壁有凸台的文氏管
图中1-文氏管雾化孔；2-套筒；3-文氏管；4-旋流器一级叶片；5-旋流器二级叶片；6-打孔位置。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2、图3，本发明提供了一种新的强化雾化效果的文氏管以及由这种文氏管组成的的旋流器和该旋流器所构成的燃气轮机燃烧室。图1为双级旋流器三维视图，图2、图3表示了文氏管开孔区域大致位置。图4、图5表示了叉排和顺排两种排列方式。图6表示了凸台方式的文氏管。当高速的液膜流经文氏管的开孔或凸台区域时，完整的液膜会被扰乱，合理安排孔或凸台的位置可以促进液滴的高效雾化，使得液滴尺寸更均匀，提高雾化效果。
传统的文氏管后部都是光滑的，燃油形成液膜后，在光滑的文氏管表面高速流动，在文氏管出口处与壁面分离，液膜上下表面的气体流动状况不同，进而导致了液膜的破碎雾化。
对于文氏管开孔情况，由于孔的存在，导致二级旋流器气流通过孔吹向一级旋流器的流动区域，扰乱了文氏管上燃料液膜的流动，即加强了对液膜的扰动，以此来达到更好的雾化效果。
对于文氏管上加凸台的情况，由于凸台的存在，扰乱了原有的液膜的流动状态，导致液膜出现孔洞，随着流动的进行，这种孔洞的尺寸不断变大，直到相邻的孔不断连结上，形成不稳定规则的液体带子或条子。这些不规则的液带再破碎成不同尺寸的液滴。这样，通常液膜出现孔的距离比较有规律，形成的不规则液带直径比较均一，因而雾化的液滴的尺寸比较均匀。
Claims (7)
1.一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：该文氏管位于一级旋流器和二级旋流器出口中间位置。
2.根据权利要求1所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：在所述文氏管管壁上开圆孔，开圆孔区域范围为距文氏管出口10mm处到文氏管出口处，所开孔的直径的大小范围为0.5-2mm，文氏管管壁上的孔在穿透管壁的过程中，文氏管上所开孔的壁面的切线与文氏管中轴线所形成的夹角中的锐角，其角度变化范围为0-90度。
3.根据权利要求1或2所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：在所述文氏管管壁上开圆孔，所开圆孔排数为1-6排，在文氏管管壁上所开的孔在排数超过一排时可以采取叉排或顺排的排列方式，其排间距的可选变化范围为最小孔径大小的1-10倍。在文氏管轴向的同一位置处的孔具有相同的形状和孔间距，在文氏管管壁上不同排的孔可以有不同的形状和间距，其孔间距的可选变化范围为孔径的1-10倍。
4.根据权利要求1所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于，在所述文氏管管壁上加菱形凸台，加凸台的区域范围为距文氏管出口10mm处到文氏管出口处，所加凸台排数为1-6排，此菱形凸台两对角线长度范围均为0.6-3mm，文氏管内壁上凸台的高度尺寸范围为0.2-2mm。
5.根据权利要求1或4所述的一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于，在文氏管管壁上所加的凸台在排数超过一排时可以采取叉排或顺排的排列方式。其排间距的可选变化范围为凸台最小对角线长度的1-10倍，在文氏管轴向的同一位置处的凸台具有相同的形状和间距，在文氏管管壁上不同排的凸台可以有不同的形状和间距，其凸台间距的可选变化范围为凸台最小对角线长度的1-10倍。
6.一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：由权利要求1-5中的一种强化 液膜破碎效果的文氏管装置配合一级旋流器叶片、二级旋流器叶片和套筒可以构成一种高效雾化的双级旋流器。
7.一种强化液膜破碎效果的文氏管装置，其特征在于：由权力要求1-6所述的一种包含强化液膜破碎效果的文氏管装置的双级旋流器可以构成燃气轮机燃烧室。
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