CN102507191A

CN102507191A - 基于模块化设计的微小空间燃烧试验测量台

Info

Publication number: CN102507191A
Application number: CN2011103273257A
Authority: CN
Inventors: 蔡文哲; 雷雨冰
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: CN102507191B

Abstract

本发明是基于模块化设计的微小空间燃烧试验测量台，其特征是包括4条相互独立的物质输运通道模块，其3条是供气通道模块和1条燃料通道模块。3条供气通道模块分别是设计在燃烧试验测量台上、下方的上、下通道供气模块和一条直接进入蒸发管的供气通道模块。1条燃料通道模块是燃料从燃料通道进入蒸发管的燃料通道模块，在燃烧试验测量台两侧隔断处分别采用耐高温玻璃或低温时采用光学玻璃和开测量孔的金属板。优点：可随完整微型燃烧室几何结构和气动布局作出对应调整，利于目前大部分测量手段对燃烧室内部流场参数进行测量。该试验台适用于射流相关基础理论研究，￠60mm～￠200mm等微小型燃烧室性能检测，或燃烧室内初步流场设计验证。

Description

基于模块化设计的微小空间燃烧试验测量台

技术领域

本发明涉及的是一种基于模块化设计的微小空间燃烧试验测量台，用于测量微小空间内燃烧场的温度，压力，速度，各种光学图像等参数或检验微小型燃烧室性能。属于微小空间燃烧场测量技术及微小型燃烧室设计领域。

背景技术

微型涡喷发动机设计具有不同于常规发动机的特殊性：一方面，因为微型化而产生的低雷诺数流动、燃烧驻留时间短、制造工艺限制等问题对MTE的主要部件的设计和工作特性都产生了显著的影响；另一方面，由于MTE整机结构紧凑、尺度小，因此其部件尺度（如盘体厚度）、部件与部件的间距都尽量缩短（达到毫米量级），这样一来整机环境下的部件特性受其他部件或环境影响的程度就会很明显。目前关注MTE设计特殊性的研究多集中在第一方面，对整机环境下各部件相互影响及匹配工作的研究还不多。在国内外微型涡喷发动机领域，微空间内燃烧技术都被作为研究的重点。数值模拟手段难以对燃烧场进行较为准确的预测。中大型发动机燃烧室由于燃烧室内部空间相对较大，在不需要对原有结构进行改动的基础上，采用接触式或非接触式测量都能较为准确得到所要采集参数。而在微小型燃烧室领域，接触式测量的方法会对流场，燃烧场产生较大的影响，从而难以得到较为全面的整场参数；非接触式测量因为微小型燃烧室接口截面狭小，几乎不可能提供相应空间。完整微型燃烧室结构由于进出口空间限制难以对其内部流场参数进行观察和测量，从而限制了对微小空间燃烧机理的进一步认识。

发明内容

本发明提出的是一种基于模块化设计的微小空间燃烧试验测量台，基于模块化设计思想提出：根据微型燃烧室的各个部件的功能特点将其按基本流场周期性和结构周期性特点分解成为可以模块化装配的组件。并要求该组件可以做到随微小型燃烧室几何结构和气动布局的变化而调整，并利于目前大部分测量手段对燃烧室内部流场参数进行测量。

本发明的技术解决方案：试验台结构包括4条相互独立的物质输运通道模块，其中3条是供气通道模块和1条燃料通道模块。3条供气通道模块分别是：1 在燃烧试验测量台上方的用于给外壁射流孔供气的上通道模块；2 燃烧试验测量台下方的用于给外壁射流孔供气的下通道供气模块；3 一股空气直接进入蒸发管的供气通道模块；1条燃料通道模块是燃料从燃料通道进入蒸发管的燃料通道模块。用于固定蒸发管是燃烧台前端面模块，在燃烧试验测量台两侧隔断处分别采用耐高温玻璃或低温时采用光学玻璃和开测量孔的金属板。

本发明的优点:a 通用性强，对于同一尺寸下的各种类型的微型燃烧室都能通过对不同模块的长度或高度更改而得到其一个周期的基本结构，而并不需要对整个燃烧试验台进行重新设计。试验台适用于60mm~￠200mm等微小型燃烧室的性能检测，或燃烧室内初步流场设计验证以及相关的射流孔机理试验分析。b 可调节性强，微型燃烧试验台各个通道完全独立，可达到微小型燃烧室设计流量范围内任何气动参数点。c 可观测性强，可兼容目前大多数的流场参数测量手段（如PIV、热线风速仪、高速摄像、激光测温、热电偶测温等），并能够提供几乎整个微型燃烧室的测量空间。可以用于微小型燃烧室内部流场测量、射流耦合结构观测等。

附图说明

附图1是微型多功能燃烧试验台结构示意图。

附图2是图1的侧视图。

附图3 试验台***装配三维示意图。

附图4 射流孔板的示意图。

图中的 1是燃烧试验台上通道模块， 2是燃烧试验台下通道模块， 3 是蒸发管模块， 4是金属板隔断，5是玻璃隔断， 6是燃烧台前端面模块。

具体实施方式

对照附图，其结构是包括4条相互独立的物质输运通道模块，其中3条是供气通道模块和1条燃料通道模块，3条供气通道模块分别是设计在燃烧试验测量台上方的用于给外壁射流孔供气的上通道供气模块1、燃烧试验测量台下方的用于给外壁射流孔供气的下通道供气模块2和一股空气直接进入蒸发管的供气通道模块，1条燃料通道模块是燃料从燃料通道进入蒸发管的燃料通道模块，用于固定蒸发管是燃烧台前端面模块3，在燃烧试验测量台两侧隔断处分别采用耐高温玻璃隔断5或低温时采用光学玻璃和开测量孔的金属板隔断4。

内外壁射流孔板宽度为需要模拟燃烧室一个周期的周长且采用抽插式安装方法，其插槽分别为开在上下通道上的深3mm，宽1mm的槽道。

将微型燃烧室各个部件功能特征进行模块化设计。燃烧室外壁与外机匣之间通道提供外壁射流孔所需空气流量（射流孔孔板可更换），将此部分模块化为上通道；燃烧室内壁与轴套之间通道提供内壁射流孔所需空气流量（射流孔孔板可更换），将部分模块化为下通道；燃烧室前端面提供了蒸发管安装基座，并且其与扩压器之间通道提供了蒸发管射流所需流量，将此部分模块化为前挡板；燃烧室出口处倾斜或垂直面主要对燃烧室出口燃气进行整流，将此部分模块化为后挡板。

通过以上的模块化处理使微型燃烧试验台具备了4个相互独立的物质输运通道，分别为：上通道，下通道，蒸发管通道，燃料通道。在上下通道两侧分别采用耐高温金属板和耐高温玻璃板进行与外空间的隔断。各个模块之间通过螺钉连接，便于拆卸、更换。

所述的燃烧试验台上通道模块1，用于给外壁射流孔供气，相当于微型燃烧室外环通道功能；燃烧试验台下通道模块2，用于给外壁射流孔供气，相当于微型燃烧室内环通道功能；蒸发管模块3，用于雾化，蒸发燃料，主要与一条供气通道和燃料通道连接；一侧金属板隔断4，用于隔断燃烧台与外界环境，同时连接上下通道以及前端面模块，还起着定位测量探针的作用；金属板上测量孔可以根据需要进行排布替换；一侧玻璃隔断5，用于隔断燃烧台与外界环境，同时提供了为试验台内部流场进行摄像的条件；燃烧台前端面模块6，用于固定蒸发管，并确定上下通道的高度；整个试验台***用螺钉连接，保证了试验台强度及可拆卸的灵活性。

在上下通道中插有可更换的射流孔板。

燃料在微型燃烧试验台中燃烧工作过程如下：两股空气分别从上、下通道，经过射流孔进入燃烧试验台内部空间；另外一股空气直接进入蒸发管，同时燃料从燃料通道进入蒸发管，经过雾化、蒸发过程进入燃烧试验台内部空间完成燃烧，最后从出口排出外环境。

已对某些典型的气动参数状态进行了试验测量。试验表明：相同的气动状态下，本试验台测得燃烧效率与整个燃烧室效率相差小于5%；可对试验台进行PIV流场测量；可以使用高速摄像机对点火状态下的燃烧试验台进行清晰的录像；可以对试验台内部进行温度场测量。通过对蒸发管通道流量的有规律供气量变化得到了蒸发管流量占总流量5.4%时获得燃烧室效率最高的结论。

Claims

1.基于模块化设计的微小空间燃烧试验测量台，其特征是包括4条相互独立的物质输运通道模块，其中3条是供气通道模块和1条燃料通道模块，3条供气通道模块分别是设计在燃烧试验测量台上方的用于给外壁射流孔供气的上通道供气模块、燃烧试验测量台下方的用于给外壁射流孔供气的下通道供气模块和一股空气直接进入蒸发管的供气通道模块，1条燃料通道模块是燃料从燃料通道进入蒸发管的燃料通道模块，用于固定蒸发管是燃烧台前端面模块，在燃烧试验测量台两侧隔断处分别采用耐高温玻璃或低温时采用光学玻璃和开测量孔的金属板；内外壁射流孔板宽度为需要模拟燃烧室一个周期的周长且采用抽插式安装方法，其插槽分别为开在上下通道上的深3mm，宽1mm的槽道。