一种涡控式稳定器

本发明涉及一种涡控式稳定器，属于火焰稳定装置。

背景技术：

1、航空发动机的加力燃烧室一般位于涡轮之后，主燃烧室燃烧后的尾气经涡轮膨胀后进入加力燃烧室。经涡轮膨胀后进入加力燃烧室的燃烧尾气具有以下特点：1）进口总压较低，着火条件变差，难以稳定燃烧，燃烧效率降低；2）进气速度高，着火困难，火焰燃烧不稳定；3）进气含氧量较低，对点火、燃烧效率、火焰稳定不利；4）进气温度较高，有利于点火及燃烧。

2、基于以上进入加力燃烧室的进气特点，如何实现火焰稳定燃烧成为了一个关键的问题。加力燃烧室中最常见的就是v型稳定器。当气流以一定的速度流过稳定器时，由于粘性力的作用，稳定器后面的隐蔽区内的气体被卷吸，并形成低压区，当气流流过这个区域的尾部时，一部分流体以与主流相反的速度方向流入隐蔽区，从而形成两个大致对称的漩涡，即回流区。但是v型稳定器存在稳焰范围较窄，燃烧效率较低的问题。现有技术有通过在稳定器壁面开设缝隙引入主流空气，形成单旋涡流动结构提升稳定效果。目前壁面开缝的火焰稳定器目前存在以下技术缺陷：1）输油管和挡板与火焰稳定器内部燃油出气缝的距离相对较近，燃油与空气的掺混效率较低。2）蒸发器的出气缝采用矩形径向分布，且开缝槽与侧壁面开缝在同侧，不利于燃油进入稳定器内部3）侧壁面开缝的火焰稳定器在更高的气流速度下，回流区涡心将逐渐后移，不利于火焰的稳定。4）仅壁面开缝，在稳定器内部上下侧小三角内会形成小的涡旋，一方面容易影响后方大尺度涡的形成，另一方面从后方回流来的高温燃气会加大蒸发器所受的热应力，易造成装置的损坏。

技术实现思路

1、针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种涡控式稳定器，解决稳定器易受高速主气流影响导致火焰稳定工况范围窄的问题，以及燃烧效率较低的问题。

2、本发明技术方案如下：一种涡控式稳定器，所述涡控式稳定器包括进气嘴、喷油管、蒸发管、u形渐扩钝体以及稳定器壁面，所述u形渐扩钝体由弧形前壁、渐扩侧壁和后端壁形成闭合腔体，所述蒸发管连接于所述后端壁，所述蒸发管设有若干通向稳定器壁面之间区域的喷口，所述进气嘴设有若干个并沿所述涡控式稳定器的环向离散设置，所述进气嘴由所述弧形前壁伸入所述u形渐扩钝体的闭合腔体并与所述蒸发管连通，所述喷油管从所述进气嘴的侧向与所述进气嘴连通，所述稳定器壁面包括内壁面和外壁面，所述内壁面和外壁面分别位于所述u形渐扩钝体的后端壁的内外侧沿，所述内壁面与所述后端壁的内侧沿之间留有进气缝，所述内壁面设有向所述外壁面延伸的导流板，所述导流板与所述后端壁之间形成进气间隙，所述进气缝与所述进气间隙导通。

3、本发明通过前置的进气嘴和喷油管对油气进行混合，结合蒸发管利用已燃气的热量加快蒸发和掺混过程，缩短混气形成的时间和长度，强化燃油雾化、蒸发及掺混效果，提升油气混合程度，强化燃烧过程。通过在内壁面与u形渐扩钝体间形成进气缝将稳定器内侧气流一部分引入涡控式稳定器内部，配合蒸发管的喷气形成一个大尺度稳定的单旋涡流动结构，该单旋涡流动结构同时受到稳定器壁面以及稳定器内壁面后方所形成的小尺度副涡的保护，对气流速度变化不敏感，大尺度单旋涡流动结构可以进一步实现壁面边界层内气流速度始终小于火焰传播速度，实现火焰的稳定燃烧。

4、进一步地，为了提升燃油在进气嘴的雾化效果，提升进入蒸发管前与气流的混合效果，加快蒸发管内的气化混合，所述进气嘴内位于所述喷油管的出口位置设有喷油溅板，所述喷油溅板与所述喷油管的出口间留有间隙。

5、进一步地，所述蒸发管嵌设在所述后端壁，所述喷口朝向所述外壁面设置。

6、进一步地，所述喷油管与所述进气嘴连通形成的喷油口口径为1～5 mm。

7、进一步地，所述蒸发管的喷口口径为1～5 mm。

8、进一步地，所述u形渐扩钝体的渐扩侧壁的夹角为20～40°。

9、进一步地，所述涡控式稳定器内壁面与所述外壁面的间距为20～70 mm。

10、进一步地，所述内壁面与所述后端壁的内侧沿的间距为2～8 mm。

11、进一步地，所述导流板与所述后端壁的间距为2～8 mm。

12、进一步地，所述导流板的高度为5～30 mm。

13、本发明与现有技术相比的优点在于：

14、涡控式稳定器内部形成稳定的大尺度单旋涡流动结构，该大尺度单旋涡流动结构由于受到稳定器壁面以及小尺度副涡流动结构的保护，对气流速度变化不敏感，实现高来流速度下的点火与火焰稳定。与常规v型稳定器相比，在增加较少的重量前提下，实现了更宽工况范围内的稳定、高效燃烧。

技术特征：

1.一种涡控式稳定器，所述涡控式稳定器其特征在于，包括进气嘴、喷油管、蒸发管、u形渐扩钝体以及稳定器壁面，所述u形渐扩钝体由弧形前壁、渐扩侧壁和后端壁形成闭合腔体，所述蒸发管连接于所述后端壁，所述蒸发管设有若干通向稳定器壁面之间区域的喷口，所述进气嘴设有若干个并沿所述涡控式稳定器的环向离散设置，所述进气嘴由所述弧形前壁伸入所述u形渐扩钝体的闭合腔体并与所述蒸发管连通，所述喷油管从所述进气嘴的侧向与所述进气嘴连通，所述稳定器壁面包括内壁面和外壁面，所述内壁面和外壁面分别位于所述u形渐扩钝体的后端壁的内外侧沿，所述内壁面与所述后端壁的内侧沿之间留有进气缝，所述内壁面设有向所述外壁面延伸的导流板，所述导流板与所述后端壁之间形成进气间隙，所述进气缝与所述进气间隙导通。

2.根据权利要求1所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述进气嘴内位于所述喷油管的出口位置设有喷油溅板，所述喷油溅板与所述喷油管的出口间留有间隙。

3.根据权利要求1所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述蒸发管嵌设在所述后端壁，所述喷口朝向所述外壁面设置。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述喷油管与所述进气嘴连通形成的喷油口口径为1～5 mm。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述蒸发管的喷口口径为1～5 mm。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述u形渐扩钝体的渐扩侧壁的夹角为20～40°。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述涡控式稳定器内壁面与所述外壁面的间距为20～70 mm。

8.根据权利要求7所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述内壁面与所述后端壁的内侧沿的间距为2～8 mm。

9.根据权利要求8所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述导流板与所述后端壁的间距为2～8 mm。

10.根据权利要求7所述的涡控式稳定器，其特征在于，所述导流板的高度为5～30 mm。

技术总结本发明公开了一种涡控式稳定器，包括进气嘴、喷油管、蒸发管、U形渐扩钝体以及稳定器壁面，U形渐扩钝体由弧形前壁、渐扩侧壁和后端壁形成闭合腔体，蒸发管连接于后端壁，蒸发管设有若干通向稳定器壁面之间区域的喷口，进气嘴设有若干个并沿涡控式稳定器的环向离散设置，进气嘴由弧形前壁伸入闭合腔体并与蒸发管连通，喷油管从进气嘴的侧向与进气嘴连通，稳定器壁面包括内壁面和外壁面，内壁面和外壁面分别位于后端壁的内外侧沿，内壁面与后端壁的内侧沿之间留有进气缝，内壁面设有向外壁面延伸的导流板，导流板与后端壁之间形成进气间隙并与进气缝导通。本发明可在宽工况范围内稳定性、高效燃烧，提高点、熄火性能及燃烧效率。技术研发人员：李明玉,章家栋,於备受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15