CN109737454A - 一种变截面环形蒸发管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变截面环形蒸发管。燃油通过燃油输运管进入蒸发管头部导流环，然后进入变截面管道。环形蒸发管内壁面前部设有螺纹结构，后部设有喷油小孔，部分燃油通过喷油小孔提前进入燃烧室进行燃烧，其余燃油从蒸发管尾部出口进入燃烧室。环形蒸发管大大提高了与气流的接触面积，变截面设计延长了燃油的停留时间，壁面上设置的螺纹结构提高了换热效率，使燃油雾化、蒸发效果明显改善，从而提高燃烧效率。
Description
技术领域
本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种变截面环形蒸发管。
背景技术
近年来，随着微机电***技术的发展，微型飞行器已成为航空航天领域最具有吸引力的产品。由于其体小、质轻、具有常规飞行器达不到的特有功能，特别在军事上可作为特殊环境下的侦察、信息收集工具，甚至作为攻击武器(微型导弹)，因而极具挑战性，备受各国政府尤其是军方的重视，目前已有不少试验样机及产品问世。而其中动力装置的微型化问题则是性能更强更灵活的新型微型飞行器的关键技术。微型燃烧室的设计直接影响微型发动机的性能好坏。与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间短、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。
目前，微型发动机可分为毫米级、厘米级两种类型，毫米级发动机采用气态燃料，厘米级发动机主要以液态燃油为燃料。对于厘米级燃烧室，为了使燃油与空气充分掺混燃烧，需要对燃烧室内的气流流动结构进行合理的组织。目前主流的微型动力装置大多采用蒸发管结构进行燃油雾化。蒸发管的雾化效果，对微型燃烧室性能有很大影响，所以蒸发管结构设计方面具有很大研究前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种变截面环形蒸发管，与现有的技术相比，本方案的优点是采用了变截面的环形蒸发管，与气流有更大的接触面积，吸收更多的热量用于燃油的蒸发。当燃油经过燃油输运管道进入蒸发管，流通面积随着燃油的运动不断增大，燃油流速不断减小，停留时间变长，能吸收更多的热量。部分蒸发的燃油从内壁面上开设的小孔进入微型燃烧室，进行燃烧，大部分的燃油从蒸发管的尾部出口进入燃烧室，与气流不断掺混，并实现燃烧过程。
技术方案
本发明的目的在于提供一种变截面环形蒸发管。
本发明技术方案如下：
一种变截面环形蒸发管，包括：燃油输运管，蒸发管头部导流环，变截面环形蒸发管结构，蒸发管内壁面的螺纹结构和燃油小孔，其特征在于：燃油输运管固定在蒸发管与燃烧室内壁面之间，周向均匀排列，设置4～8根，每根燃油输运管长度30～40mm，外径3～5mm，壁厚1～1.5mm。头部的导流环与燃油输运管和环形蒸发管内、外壁面相连，形成半封闭结构，将燃油导入变截面管道部分，导流环深8～10mm，宽10～12mm。燃油通过输运管道进入环形蒸发管头部导流环，接着进入由环形蒸发管外壁面和环形蒸发管内壁面构成的变截面管道。环形蒸发管内壁面为等直径壁面，直径为5～6mm，壁面厚度为1～2mm，环形蒸发管外壁面为扩张壁面，头部直径为7～9mm，尾部直径为12～16mm。环形蒸发管前半部分的内壁面上设有螺纹，螺纹深度0.1～0.3mm，间距0.5mm，长度7～9mm。在环形蒸发管后半部分的内壁面上开设燃油小孔，开设6～8个，周向排列，孔径0.4～0.6mm。
该方案设计的变截面环形蒸发管，其优点在于蒸发管采用环管，在蒸发管的内外两侧均与气流接触，大大提高了换热面积。同时采用了变截面的结构，燃油流速降低，停留时间变长，雾化效果得到改善。在环形蒸发管内壁面上设有螺纹，能够强化换热效果，提高燃油的蒸发速度，开设的小孔能使部分已经气化的燃油提前进入燃烧室，参与燃烧过程，由于管内燃油流量的减少，在相同的换热条件下，剩余的燃油雾化蒸发效果得以加强。
附图说明
图1：一种变截面环形蒸发管整体示意图
图2：一种变截面环形蒸发管头部示意图
图3：环形蒸发管内壁面结构示意图
图中 1-燃油输运管 2-蒸发管头部导流环 3-环形蒸发管外壁面 4-环形蒸发管内壁面 5-喷油小孔 6-螺纹 7-燃油输运管出口
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2和图3，本发明提供了一种变截面环形蒸发管的技术方案。图1为一种变截面环形蒸发管整体示意图，图2为一种变截面环形蒸发管头部示意图，图3为环形蒸发管内壁面结构示意图。
燃油首先通过燃油输运管1和燃油输运管出口7进入蒸发管头部导流环2，经过导流环分配后，进入由环形蒸发管外壁面3和环形蒸发管内壁面4构成的变截面管道，燃油流通面积增大，流速降低，停留时间增加。在环形蒸发管内壁面的前半部分设有螺纹6，可以进一步增强换热效果，使燃油吸收更多的热量，加快燃油雾化和蒸发过程。在环形蒸发管内壁面的后半部分设有喷油小孔5，部分气化的燃油通过喷油小孔提前进入燃烧室，参与燃烧过程。大部分的燃油从蒸发管尾部出口进入燃烧室并分为两部分，一部分随气流运动至蒸发管外侧区域，另一部分则进入被环形蒸发管内壁面包围的圆柱形气流区域，并在两个区域完成燃烧反应，释放热量，部分热量传递给环形蒸发管内的燃油。环形结构能提高蒸发管与气流的接触面积，变截面的设计也延长了燃油的停留时间，并通过壁面上设置的螺纹结构，提高换热效率，使得燃油雾化、蒸发效果明显改善，从而提高燃烧效率。
Claims (5)
1.一种变截面环形蒸发管，包括：燃油输运管，蒸发管头部导流环，变截面环形蒸发管结构，蒸发管内壁面螺纹结构和燃油小孔，其特性在于：燃油通过燃油输运管进入蒸发管头部导流环，之后进入变截面管道，部分燃油通过喷油小孔进入燃烧室参与燃烧，其余燃油从蒸发管尾部出口进入燃烧室完成燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种变截面环形蒸发管，其特征在于：燃油输运管固定在蒸发管与燃烧室内壁面之间，周向均匀排列，设置4～8根，每根燃油输运管长度30～40mm，外径3～5mm，壁厚1～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种变截面环形蒸发管，其特征在于：蒸发管头部导流环与燃油输运管和环形蒸发管内、外壁面相连，形成半封闭结构，将燃油导入变截面管道部分，导流环深8～10mm，导流环宽10～12mm。
4.根据权利要求1所述的一种变截面环形蒸发管，其特征在于：变截面环形蒸发管结构由蒸发管外壁面和蒸发管内壁面构成，蒸发管内壁面为等直径壁面，直径为5～6mm，壁面厚度为1～2mm，蒸发管外壁面为扩张壁面，头部直径为7～9mm，尾部直径为12～16mm。
5.根据权利要求1或4所述的一种变截面环形蒸发管，其特征在于：环形蒸发管前半部分的内壁面上设有螺纹，螺纹深度0.1～0.3mm，间距0.5mm，长度7～9mm，在环形蒸发管后半部分的内壁面上开设燃油小孔，开设6～8个，周向排列，孔径0.4～0.6mm。
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