一种新型螺旋蒸发管

1.本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种新型螺旋蒸发管。


背景技术：

2.自20世纪80年代微型发动机概念提出以来，微型发动机及相关技术的研究取得了巨大的进步，微型发动机具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高、推重比高等优点，具有广阔的发展空间。
3.微型燃烧室的性能将直接影响微型发动机性能的好坏，因此微型燃烧室的设计显得至关重要。与常规尺度燃烧室相比，微型燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使燃料在燃烧室内停留时间短，与空气掺混不均匀，雾化效果不佳，容易造成燃烧不充分；面容比大将导致散热损失增大，出现燃烧不稳定现象甚至严重时将造成熄火。
4.目前国内外以及开展了很多有关微型燃烧室的研究，常见的微型发动机燃烧室主要有蒸发管式环形燃烧室和离心甩油盘环形折流燃烧室两种，其中蒸发管式环形燃烧室应用最广。蒸发管是其中的一个重要部件，它主要应用于微型发动机燃烧室中，利用已燃气的热量加快蒸发和掺混过程，缩短混气形成所占燃烧室的长度。液体燃料经过蒸发管时，逐渐蒸发为气态，在燃烧之前与蒸发管中空气进行初步掺混，在较短的燃烧停留时间下，获得较大的燃烧效率。
5.新型微型发动机对蒸发管内的燃油雾化蒸发质量有较大的要求，然而传统的蒸发管已难以满足新型微型发动机燃烧室对燃油雾化蒸发效果的要求，目前蒸发管具有极大的研究空间。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提出一种新型螺旋蒸发管。与现有的技术结构相比，本发明的优点是本结构能增加燃油在蒸发管内的停留时间，增大气流紊流度，强化蒸发管的换热效果，提高燃油的雾化蒸发质量，提高燃烧室燃烧稳定性。
7.技术方案
8.本发明的目的在于提供一种新型螺旋蒸发管，它能够有效提高燃油的雾化蒸发质量。
9.本发明技术方案如下：
10.一种新型螺旋蒸发管，包括扩张形进口，螺旋形管道，扩张形连接管道，直筒形管道，旋流器，其特征在于：本发明将部分直筒形管道改为螺旋形管道，有效强化对流换热，增强燃油雾化蒸发效果；将燃油混气进口段设置为扩张形管道，减缓燃油混气流速，提高燃油混气在螺旋形管道中的停留时间；蒸发管两端出口处各内置一个旋流器，一方面可以利用空气的旋流作用，促进燃油液滴的破碎雾化，改善燃油雾化质量，另一方面可以在蒸发管出口下游区域形成回流区，提高火焰在蒸发管燃烧室头部燃烧的稳定性。
11.所述的一种新型螺旋蒸发管，其特征在于：蒸发管整体呈t形，旋流器为轴向旋流
器，由中心通道和中心通道周向外围的旋流通道组成，旋流通道上装有旋流叶片。内置的两个旋流器旋流方向相同。旋流叶片为弯曲叶片，叶片厚度0.5mm～1mm，叶片高度1mm～2mm，叶片呈周向分布，每个叶片相距30
°
。所设计蒸发管分为螺旋形管道和直筒形管道两部分，蒸发管前段为螺旋形管道，后段为直筒形管道，螺旋形管道与直筒形管道连接处用扩张形管道链接，再次减缓燃油混气流速，使燃油与混气充分掺混，并使出口燃油混气流速有一定减小，有利于主燃区的稳定燃烧。
12.本发明具有以下有益效果：
13.一种新型螺旋蒸发管，相较于传统t形蒸发管结构更加优化。螺旋形管道设计可以使燃油混气在管内流动时形成二次环流，可以强化对流换热，且螺旋结构可以缩短蒸发管长度并且提高蒸发管稳定性，确保不受高温导致变形。螺旋形管道入口段设置为扩张形通道，对燃油混气有一定的减速作用，可以延长燃油混气在蒸发管内的停留时间，对换热作用增强，同时也使出口燃油混气速度有一定减小，有利于稳定燃烧。在螺旋形管道与直筒形管道连接处，采用扩张型管道连接，进一步减缓已经初步掺混的燃油混气流速，进一步加强主燃区燃烧的稳定性。蒸发管出口内置的旋流器一方面可以利用空气的旋流作用，促进燃油液滴的破碎雾化，改善燃油雾化质量，另一方面可以在蒸发管出口下游区域形成回流区，提高火焰在蒸发管燃烧室头部燃烧的稳定性。
附图说明
14.图1：一种新型螺旋蒸发管三维结构示意图
15.图2：内置旋流器结构示意图
16.图中：1-扩张形进口，2-螺旋形管道，3-扩张形连接管道，4-直筒形管道，5-旋流器，6-旋流器中心通道，7-旋流叶片。
具体实施方式
17.现结合附图对本发明作进一步描述：
18.结合图1、图2，本发明为一种新型螺旋蒸发管。图1为一种新型螺旋蒸发管三维结构示意图，图2为内置旋流器结构示意图。
19.空气从扩张形进口(1)进入，同时燃油从扩张形进口(1)上端喷入，在扩张形进口中燃油与空气形成混气并得到减速，随后进入螺旋形管道(2)，螺旋形管道(2)底部位于火焰区，通过金属管壁传进大量的热。在螺旋形管道(2)中流动时，燃油混气会形成二次环流，进一步加强了对流换热，使燃油雾化蒸发质量提升。随后经过扩张形连接管道(3)，对燃油混气进行进一步的减速后进入直筒形管道(4)，在直筒形管道(4)中燃油进一步雾化蒸发，并与空气掺混，此时为气态富油的混气，随后一部分通过旋流器(5)的中心通道(6)、另一部分经旋流器的旋流通道进入燃烧室火焰筒的头部区域，一方面燃油在空气的旋流作用下，加速破碎雾化蒸发，并和旋流空气剧烈掺混，形成均匀的油气混合物，另一方面在旋流器(5)下游形成低速回流区，增加高温燃气再燃烧室内的停留时间，起到稳定火焰的作用，降低燃烧室的贫油熄火风险。


技术特征：
1.一种新型螺旋蒸发管，包括扩张形进口，螺旋形管道，扩张形连接管道，直筒形管道，旋流器，其特征在于：本发明将部分直筒形管道改为螺旋形管道，有效强化对流换热，增强燃油雾化蒸发效果；将燃油混气进口段设置为扩张形管道，减缓燃油混气流速，提高燃油混气在螺旋形管道中的停留时间；蒸发管两端出口处各内置一个旋流器，一方面可以利用空气的旋流作用，促进燃油液滴的破碎雾化，改善燃油雾化质量，另一方面可以在蒸发管出口下游区域形成回流区，提高火焰在蒸发管燃烧室头部燃烧的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种新型螺旋蒸发管，其特征在于：蒸发管整体呈t形。3.根据权利要求1所述的旋流器，其特征在于：旋流器为轴向旋流器，由中心通道和中心通道周向外围的旋流通道组成，旋流通道上装有旋流叶片。4.根据权利要求1所述的旋流器，其特征在于：内置的两个旋流器旋流方向相同。5.根据权利要求3所述的旋流叶片，其特征在于：旋流叶片为弯曲叶片，叶片厚度0.5mm～1mm，叶片高度1mm～2mm，叶片呈周向分布，每个叶片相距30
°
。6.根据权利要求1所述的一种新型螺旋蒸发管，其特征在于：所设计蒸发管分为螺旋形管道和直筒形管道两部分，蒸发管前段为螺旋形管道，后段为直筒形管道，螺旋形管道与直筒形管道连接处用扩张形管道链接，再次减缓燃油混气流速，使燃油与混气充分掺混，并使出口燃油混气流速有一定减小，有利于主燃区的稳定燃烧。

技术总结
本发明提供一种新型螺旋蒸发管，由扩张形进口、螺旋形管道、扩张形连接管道、直筒形管道和旋流器组成，涉及微型发动机燃烧室领域。本发明对原有T形蒸发管进行改进，T形蒸发管一部分直筒形蒸发管改为螺旋形蒸发管，燃油混气流经螺旋管，螺旋管内流动形成二次环流，可以强化对流换热；并且将螺旋管入口处设置为扩张型管道，可以减缓燃油混气的流动速度，从而提高燃油混气在蒸发管内的停留时间，对流换热作用增强，从而使微型发动机燃烧室蒸发管内燃油蒸发雾化效果得到增强，从而提高燃烧室的燃烧效率；蒸发管出口处内置旋流器，旋流器的引入一方面可以利用空气的旋流作用，促进燃油液滴的破碎雾化，改善燃油雾化质量，另一方面可以在蒸发管出口下游区域形成回流区，提高火焰在蒸发管燃烧室头部燃烧的稳定性。发管燃烧室头部燃烧的稳定性。发管燃烧室头部燃烧的稳定性。


技术研发人员：张群 夏怡真 吴智迪 杨卓蒙 周子豪 范颖静
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/6/10