[发明专利]一种适用于脉动燃烧器振荡燃烧的喷嘴结构及设计方法

说明书

本发明提供一种适用于脉动燃烧器振荡燃烧的喷嘴结构及设计方法，能够使脉动燃烧器最合适的燃烧及稳定运行，且其结构简单、安装方便，成本低，与传统的设计方法相比，可减少设计中试验的工作量，大大减少了试验耗费的人力物力及研制周期。本发明的喷嘴结构包括燃料通道(7)，燃料通道(7)的底部具有连接燃气单向阀的螺纹(8)，顶部具有连接燃烧室的螺纹(9)，燃料通道(7)的顶部为锥形结构，顶面上均均分布有燃料喷孔(10)，喷孔(10)的轴线与燃料通道7的轴线夹角的二倍为喷射角θ；所述喷孔的喷孔数目及喷孔分布结构由喷嘴结构的出口面积A_g确定。

技术领域

本发明属于脉动燃烧技术领域，具体涉及一种适用于脉动燃烧器振荡燃烧的喷嘴结构及设计方法。

背景技术

脉动燃烧器是一种基于脉动燃烧技术的燃烧器，在燃烧过程中，燃烧区内表征过程的参数，如压力、流速、温度以及热释放率等随时间周期性变化。相比基于稳态燃烧方式的燃烧器，脉动燃烧器具有很高的燃烧强度及燃烧效率；优秀的传热特性和极高的热效率；很低的烟气污染物排放；具有自呼吸特性，不用鼓风也无需用烟囱排烟，可以大幅度地节省燃料和构材。迄今为止，脉动燃烧装置在空间或水的加热、干燥和焚化方面都有成功的应用，采用脉动燃烧技术的油田加热炉经验证在石油行业具有很高的推广价值。

中国发明专利申请201110046668.6，公开了一种脉动燃烧加热炉。中国发明专利申请201610119267.1，公开了一种采用脉动燃烧技术的新型加热设备。但上述专利并没有给出一套脉动燃烧装置喷嘴的设计方法。目前脉动燃烧器的设计至今仍没有一套完整有效的设计方法，更多的是依靠经验与反复试验得到最终的设计结果。由于脉动燃烧机理的复杂性，脉动燃烧器每个部件都对整体的运行起着至关重要的作用，某一个部件设计的偏差可能导致整个燃烧器无法正常稳定工作。而喷嘴作为脉动燃烧装置的关键部件，直接影响了脉动燃烧炉的运行特性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种适用于脉动燃烧器振荡燃烧的喷嘴结构及设计方法。能够使脉动燃烧器最合适的燃烧及稳定运行，且其结构简单、安装方便，成本低。与传统的设计方法相比，可减少设计中试验的工作量，大大减少了试验耗费的人力物力及研制周期。

本发明的技术方案如下：

1.一种适用于脉动燃烧器振荡燃烧的喷嘴结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，首先依据脉动燃烧器的功率以及选取燃料的热值确定燃料的体积流量q_g：

q_g＝P/Q，其中P为脉动燃烧器功率，Q为燃料热值；

步骤二，依据燃料的体积流量q_g，确定喷嘴出口面积A_g；

步骤三，根据设定的喷孔孔径、孔距及喷射角的取值界限，通过喷嘴出口面积A_g，确定喷嘴的喷孔数、喷孔分布结构，使得喷嘴尺寸最小。

2.其中，步骤二中，首先计算燃烧室压强p_c(t)与喷嘴的供气压力p_g的最小比值，获得喷嘴出口在整个阀门开启周期内的流动状态；

再由喷嘴喷射动态流量的计算公式

计算喷嘴出口面积A_g；其中m_g,t为喷嘴喷射质量流量，A_g为喷嘴出口面积，p_g为喷嘴供气压力，R为通用气体常数，T_g为燃料初始温度，k为绝热指数，p_c为燃烧室压力；

而喷嘴喷射质量流量m_g,t可由公式得到，