[发明专利]一种新型的传热式空气雾化喷嘴

说明书

本发明提供了一种新型热传递式空气雾化喷嘴结构。此喷嘴以多孔介质的导热、辐射效应和蓄热能力，以解决当前燃油雾化不足的问题。喷嘴尾部的发散型热罩由多孔介质材料制成，吸收燃料燃烧时产生的热量并向上游辐射传递；新型中心锥主要由内部空心油腔、导油扇和引气管组成。油腔燃油吸收热量后部分蒸发形成气态燃油，内外压差增加，使得燃油加速喷出，与逆向气流碰撞雾化；导油扇沿中心锥主体周向排列，其扇叶倾斜角度与旋流器类似，产生的旋流作用加强了燃油与空气的掺混程度，同时也增加了混气在喷嘴内的滞留时间。内环混气向下游扩展，直至中心锥的唇口与外环气流形成相剪切的冲击。此结构有效增强了燃油的雾化效果，并降低污染物排放。

技术领域

本发明属于航空发动机燃烧室领域，具体涉及一种传热式空气雾化喷嘴。

背景技术

随着航空发动机燃烧室压比、温升的不断提高，离心式喷嘴在使用中暴露出一些问题，比如，在高压下喷雾锥角变小影响了主燃区的燃油分布，增加了冒烟和辐射，也使燃烧室出口温度场品质变差。而且，由于燃气轮机的燃油规范放宽，燃烧室的冒烟、积碳和壁温高等问题尤为严重。相比之下，空气雾化喷嘴能够保证燃油和气流实现充分而有均匀地混合等优点，因此运用的较为广泛。高性能发动机的发展，对燃油供给系统提出了一些更高的要求：在更短的燃烧区内完全燃烧，以缩短燃烧室长度、减轻其重量；更好地主持主燃区浓度场；更高要求的点火性能及贫油熄火范围；更低的污染物排放，以满足未来航空燃气轮机低污染排放要求。

传统的空气雾化喷嘴结构使得燃油在向下游的流动过程中受到内、外两股旋流空气剪切力的作用，形成比较小的雾化颗粒。这种空气雾化喷嘴的不足之处在于一次雾化容易造成燃油雾化质量不佳，进而导致温度分布不均匀，影响整个燃烧室的燃烧效率。考虑到另一种喷嘴——蒸发管的结构特性，融合两者的优点，在此基础上可以发展一种组合式的空气雾化喷嘴。

本发明利用多孔介质的特性，吸收燃烧产生的热量并通过多孔介质的导热和辐射效应传递给中心锥和上游气体，使得一部分燃油在混合腔内可直接蒸发为气态，大大增强了燃油的雾化作用，也解决了燃料空间分布不均的问题，从而实现提高燃烧效率，减小污染物排放的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种传热式空气雾化喷嘴，以解决现阶段出现的燃油雾化不足、燃料空间分布不均等的问题。本技术中，置于火焰区中的多孔介质热罩将燃料燃烧产生的热量导热和辐射给中心锥，并不断地向上游传递，同时利用多孔介质自身的蓄热能力回收燃烧产生的高温烟气余热；油腔内的燃油吸热增大了内外压差，燃油从喷油孔加速喷出破碎成细小油滴，完成一次雾化；喷出的燃油与混合腔进口的气流交叉，形成相剪切的冲击，燃油进行了二次雾化，与此同时，热量传递使得部分燃油直接蒸发成气态，不仅增加了燃油的雾化效果，而且加强了与空气的掺混作用；导油扇充当了旋流器的作用，增加了混合腔内部气流紊乱度，使两者混合更加均匀；在主气流的高速吹动下，小油滴向下游扩展直至衬套喉道，此时的混气在窄通道内加速，与外环气流相碰撞撕裂，油滴经三次雾化，形成均匀的油雾，进而优化燃油雾化效果。

导气管中的气体在收缩通道中不断加速，并通过尾部喷气孔喷涌而出，剧烈扰动着火焰筒头部的气流，并加速气体在多孔介质孔隙内部产生漩涡、分流与汇合，并穿过多孔介质热罩，增强热罩中心气流的掺混作用，大大降低发烟度和热辐射量，降低污染物排放，有效提高燃烧室的燃烧效率。

技术方案

本发明的目的在于提供一种传热式空气雾化喷嘴。

本发明技术方案如下：

一种传热式空气雾化喷嘴，采用了中心锥和扩散型多孔介质热罩相结合的三次雾化方案，其特征在于：混合腔内部采用了中心锥，其内壁面与中心锥外壁面形成的气流通道逐渐收缩，混合腔壁面和中心锥内部均设置油腔，通过导油扇连接形成通畅的油路；中心锥的头部设置喷油孔，主体部分被导气管轴向贯穿；导气管内部气流通道收缩，其尾部设置喷气孔；发散型多孔介质热罩置于燃烧室内部，其头部与中心锥尾部连接。