[发明专利]一种基于4D打印技术抑制振荡燃烧的燃烧室及方法

说明书

本发明提供一种基于4D打印技术抑制振荡燃烧的燃烧室及方法，所述燃烧室包括火焰筒机匣和火焰筒头部，所述火焰筒机匣内同轴安装有火焰筒，火焰筒外壁和火焰筒机匣之间形成空气通道，燃烧过程中，通过火焰筒内壁设置的智能皱褶单元提升了声波在边界衰减、耗散的速度，遏制了脉动声波和压力波动耦合，进而将振荡燃烧遏止在初期阶段，并且利用4D打印技术制作的智能皱褶单元能在预定激励温度的激励下产生表面变形，在稳定燃烧过程中减小了智能皱褶单元对正常燃烧产生的干扰。

技术领域

本发明属于燃烧室结构设计技术领域，具体涉及一种基于4D打印技术抑制振荡燃烧的燃烧室及方法。

背景技术

燃烧是能量转化的一种普遍方式，在航空、航天等发动机中燃烧发生在燃烧室内。燃烧室内的高温环境有利于氮氧化物(NOx)的生成，氮氧化物排放后会导致严重的环境污染。随着氮氧化物排放标准提高，贫预混燃烧技术因能对氮氧化物的排放有效控制而被广泛使用，但是该技术容易引起燃烧不稳定性，因热释放在其当量比区间梯度比较大，任何小的扰动都容易引起热释放脉动，从而诱发振荡燃烧。振荡燃烧会导致燃烧室或部件发生共振而造成损害，严重影响到发动机的安全性和可靠性。为同时满足排放要求和发动机可靠性要求，急需应对振荡燃烧这一问题。

近年来，国内外学者对于应对这一问题提出很多解决办法，但依旧存在如下几方面问题：

1、由于振荡燃烧产生机理复杂，是一种耦合了燃烧释热、湍流脉动和声压共振的物理化学现象，现目前解决振荡燃烧问题的成熟方法集中在振荡产生后的效果减弱方面，未能真正从根源上去解决问题；

2、对于振荡产生后的效果减弱目前也很受限，只能根据预定线路做出反应，局限于狭窄的振荡频带，导致振荡燃烧的抑制未能适应复杂多变工作环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有贫预混燃烧技术在应用过程中，不能从根源上抑制振荡燃烧现象，且现有的抑制手段不能适应复杂多变燃烧工况，严重影响到发动机的安全性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于4D打印技术抑制振荡燃烧的燃烧室，包括火焰筒机匣和火焰筒头部，所述火焰筒机匣内同轴安装有火焰筒，火焰筒外壁和火焰筒机匣之间形成空气通道，火焰筒的排气出口一段设置有掺混孔，火焰筒内壁设有由形状记忆合金构成的智能皱褶单元，智能褶皱单元两端均设有固定装置，且智能褶皱单元通过两侧固定装置固定安装在火焰筒的内壁上，智能皱褶单元能在预定激励温度的激励下产生表面变形。

进一步的，所述智能皱褶单元中段均匀排布有若干的延展牵引边，智能皱褶单元在表面发生延展时可在延展牵引边处产生方向性形变。

进一步的，所述智能皱褶单元由NiTi形状记忆合金构成。

进一步的，火焰筒内壁设有若干个智能皱褶单元，且各智能褶皱单元的预定激励温度不同，智能皱褶单元根据预定激励温度值梯度交错排布。

一种基于4D打印技术抑制振荡燃烧的方法，该方法采用上述的基于4D打印技术抑制振荡燃烧的燃烧室，具体步骤为：

S1：燃烧前，火焰筒内外温度均为环境温度，火焰筒内壁上的智能褶皱单元呈密集褶皱状态；

S2：燃烧初期，混合燃气经过燃烧室头部进入火焰筒，点火燃烧后由于环境扰动，热释放不稳定进而发出非稳态声波，声波在火焰筒内部传播到火焰筒内壁，火焰筒内壁上呈密集褶皱状态的智能褶皱单元对声波进行吸收，抑制脉动声波和压力波动的耦合，随着燃烧的进行火焰筒内温度升高，达到预设激励温度值的智能褶皱单元开始发生表面变形，在预设延展牵引边及燃烧室内热应力、压力共同作用下逐渐延展成伪平滑状态；

S3：燃烧稳态期，各智能褶皱单元的预设激励温度值不同，稳定燃烧中若再次受到外界扰动，未达到预设激励温度值的智能褶皱单元对产生声波进行吸收，智能褶皱单元根据火焰筒内温度变化产生预设形变，形成一个动态稳定的燃烧机制。