CN105422285A - 微型发动机波浪式燃油蒸发管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微型发动机波浪式燃油蒸发管。该结构可以有效提高燃油雾化、蒸发效果，波浪式燃油蒸发管结构通过凹凸不平的蒸发管壁面，明显地加强了蒸发管内气流的扰动，强化了掺混，提高了雾化的效果。其次，燃油液滴的雾化效果变好也会对燃油液滴的蒸发效果产生有利的影响，因为液滴的粒径变小，蒸发速率会变大，波浪式蒸发管壁面结构也大大增加了蒸发管的表面积，加强了蒸发管壁面与蒸发管内油气及蒸发管外高温燃气的接触面积，大大强化了换热效率，这强化了燃油液滴的蒸发。

Description

微型发动机波浪式燃油蒸发管

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种可以有效强化传热与气流扰动并能有效改善燃烧室燃油液滴雾化蒸发效果的微型发动机波浪式燃油蒸发管。

背景技术

微型飞行器以其体积小、隐蔽性好、重量轻、成本低、携带方便、操作简单等突出特点，在军事领域和民用领域，都都展现出了十分诱人的应用前景。所以自微型发动机的概念出现以来，微型发动机及其相关技术的研究都得到了重视，而燃烧室是发动机的心脏，微型发动机的发展离不开微型燃烧室的发展。

对于使用液态燃料的动力装置来说，燃烧反应是以气态进行的，即液态燃料必须变成油蒸汽，而后燃烧。实现这一过程主要采用喷嘴，像直射喷嘴式、离心式喷嘴、气动雾化喷嘴等。但其结构复杂，成本高，使用时要有较高供油压力，低压时雾化质量差，长时间工作容易积碳等缺点。而蒸发管所需供油压力低，在相同压力、油量下相比于其他喷嘴能降低燃油粒径并且提高均匀度，进而提高燃烧室出口温度分布以及解决冒烟问题，以上原因使得蒸发管被广泛应用于航空燃气轮机燃烧室。但是与此同时，蒸发管的雾化与蒸发效果相对较差，尤其是在启动状态时空气压力低，温度也不高，不能使蒸发管内的燃油良好雾化，导致发动机点火困难。

现代的微型发动机燃烧室一般都对蒸发管内的燃油雾化蒸发效果要求比较严格，但是传统的蒸发管结构因其雾化蒸发效果差等因素难以满足现代微型发动机燃烧室对燃油雾化蒸发效果的要求，而微型发动机花瓣式燃油蒸发管很好地解决了这个问题，此外，微型发动机波浪式燃油蒸发管，因为加强了气流的扰动，所以也会使发动机的启动状况有所改善，因此具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种新型可以有效改善燃油液滴雾化蒸发效果的微型发动机波浪式燃油蒸发管。与现有技术相比，本发明的优点是相对于其它蒸发管结构，本结构能有效提升燃油的雾化蒸发效果，并在一定程度下改善蒸发管式燃烧室启动难的状况，相对于其它供油方式，其还有结构简单，加工方便的优点。

技术方案

本发明的目的在于提供一种微型发动机波浪式燃油蒸发管。

本发明的目的是这样实现的一种微型发动机波浪式燃油蒸发管，所述波浪式燃油蒸发管管壁是波浪式结构，表面凹凸不平，所述波浪式蒸发管沿周向均布固定在火焰筒上。

本发明的波浪式燃油蒸发管，通过蒸发管表面凹凸不同的壁面结构增大了蒸发管的表面积，使蒸发管的换热面积增大，有利于增大蒸发管内燃油的蒸发速率，其次，凹凸不平的壁面结构还加强了气流的扰动，有利于提升蒸发管内燃油液滴的雾化效果。

作为本发明的推荐实施方式：所述波浪式燃油蒸发管壁面呈波浪结构，蒸发管管壁横截面轮廓线由多个半圆结构或椭圆结构的弧线首尾相连拼接而成，半圆结构或椭圆结构的弧线的拼接方式为正反相接，半圆的圆心或椭圆的中心都落在以蒸发管的中心为圆心的圆弧线上。

所述蒸发管沿周向均匀分布在火焰筒后端壁面上，蒸发管的结构形式可以为直管式蒸发管、L型蒸发管、T型蒸发管，蒸发管的直径在5mm～12mm之间，以实际性能要求确定；蒸发管沿周向分布的数量依火焰筒、蒸发管的结构形式及流场的需要均匀分布2～32个。

所述半圆的半径变化范围为0.3mm～2mm之间。

所述椭圆的半长轴变化范围为0.4～3mm，半短轴的变化范围为0.2mm～1.5mm。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1)本发明微型发动机波浪式燃油蒸发管，通过改变蒸发管壁面结构，一方面增大了换热面积，从而使得燃油蒸发速率有所改善；另一方面，增大了气流的扰动，强化了燃油液滴的雾化效果。

2)本发明微型发动机波浪式燃油蒸发管，结构相对简单，对公差要求较低，具有广阔应用前景。

附图说明

图1：本发明较佳实施例的微型发动机波浪式燃油蒸发管的截面图

图2：微型发动机波浪式燃油蒸发管示意图

图3：波浪式燃油蒸发管在微型发动机上装配关系示意图

图4：装有波浪式燃油蒸发管的微型发动机剖视图

图中1-微型燃烧室火焰筒外壁面；2-微型燃烧室火焰筒内壁面；

3-微型燃烧室火焰筒前壁；4-微型发动机波浪式燃油蒸发管。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示为本实施例的波浪式燃油蒸发管的截面图，图2中的波浪式燃油蒸发管由图1所示截面图形经过扫掠后形成。该波浪式燃油蒸发管同常规燃油蒸发管一样，均布在火焰筒后壁面处，如图3、图4所示，直管式波浪燃油蒸发管轴向分布较为密集，大概有8～32个。

此外，波浪式燃油蒸发管的形式也可以为L型或者T型，波浪式燃油蒸发管的截面可以既可以为半圆形拼接方式，也可以为椭圆形拼接方式，图1所示为半圆形拼接方式。当为半圆形拼接方式时，我们限定半圆的半径变化范围为0.3mm～2mm之间；当为椭圆形拼接方式时，我们限定椭圆的半长轴变化范围为0.4～3mm，半短轴的变化范围为0.2mm～1.5mm。

所谓雾化，就是将液体破碎分解成为小颗粒的过程。液体燃料通过雾化，加大了液体总的表面积，促进了蒸发，从而加快了燃烧过程，提高了燃烧性能。雾化产生的液滴尺寸越小，液滴的总表面积越大，蒸发速率越快、燃烧速度越快。如直径为1mm的煤油滴，在空气中燃烧约需1s才能烧完；而当其直径减小到50μm时，只需0.025s就可以烧完。

如果雾化效果不好，液体燃料的直径过大，将出现诸如燃烧室火焰后移、出口温度分布不均、壁面局部过热等问题。除此以外，雾化的细度和液滴的尺寸分布对点火的影响很大。研究表明，最小点火能量与液雾平均直径的4.5次方成正比。因此，雾化性能的好坏，不仅仅影响燃烧室性能，还对点火性能、燃烧室寿命有重要的影响。

本发明的波浪式蒸发管壁面结构有明显地加强蒸发管内气流扰动，强化掺混，提高雾化效果的作用。其次，燃油液滴的雾化效果变好也会对燃油液滴的蒸发效果产生有利的影响，因为液滴的粒径变小，蒸发速率会变大，而波浪式蒸发管壁面结构也大大增加了蒸发管的表面积，加强了蒸发管壁面与蒸发管内油气及蒸发管外高温燃气的接触面积，大大强化了换热效率，更有利于燃油液滴的蒸发。

以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.微型发动机波浪式燃油蒸发管，其特征在于：波浪式燃油蒸发管管壁是波浪式结构，表面凹凸不平，蒸发管管壁横截面轮廓线由多个半圆结构或椭圆结构的弧线首尾相连拼接而成，半圆结构或椭圆结构的弧线的拼接方式为正反相接，半圆的圆心或椭圆的中心都落在以蒸发管的中心为圆心的圆弧线上。

2.根据权利要求1所述的一种微型发动机波浪式燃油蒸发管，其特征在于：蒸发管的结构形式可以为直管式蒸发管或L型蒸发管或T型蒸发管，蒸发管的直径在5mm～12mm之间变化。

3.根据权利要求1或2所述的一种微型发动机波浪式燃油蒸发管，其特征在于：蒸发管管壁横截面轮廓线由连续的半圆正反相接、首尾相连拼接而成，其中半圆的半径变化范围在0.3mm～2mm之间。

4.根据权利要求1或2所述的一种微型发动机波浪式燃油蒸发管，其特征在于：蒸发管管壁横截面轮廓线由连续的椭圆正反相接、首尾相连拼接而成，椭圆的半长轴变化范围为0.4～3mm，半短轴的变化范围为0.2mm～1.5mm。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种微型发动机波浪式燃油蒸发管，其特征在于：蒸发管沿火焰筒后壁面周向分布的数量依火焰筒、蒸发管的结构形式及流场的需要均匀分布2～32个。