一种以离子液体为添加剂的混合燃料复合式喷雾装置

本发明属于航空燃烧领域，涉及一种以离子液体为添加剂的混合燃料复合式喷雾装置。

背景技术：

1、科学技术的发展，新一代军用飞机需要面对更加严苛的作战环境，更加复杂的启动条件；环保指标的提高，民用飞机要满足低成本、低污染、低排放等要求。这对未来航空发动机燃烧室内的燃油燃烧效率、污染物排放等提出了更为严苛的标准。燃油雾化作为燃烧过程的重要阶段，其性能对发动机的燃烧效率和燃烧稳定性有重大影响，高质量的燃油雾化对实现高效燃烧有重要意义。为了满足上述需求，实现雾化特性调控，改善雾化效果是极其必要的。

2、目前，雾化产生方式主要为燃料受到压力作用，直接从喷嘴喷出，现有喷嘴分为压力式喷嘴，离心式喷嘴，旋流式喷嘴。雾化性能已经通过改变机械结构达到了极致，但要进一步提高雾化质量并获得更好的雾化效果，单纯改变机械结构已经无法取得更好的效果。因此，需要寻求一种更高效、更精细的雾化方式。利用外加物理场来提升航空发动机性能已经成为了技术发展的前沿方向之一，其中利用电场来调控雾化和燃烧过程的方案已经初步具备可行性。离子液体作为一种由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的室温熔融盐，有着极好的电导率，能够有效加载电荷，强化电场对低电导率航空煤油的影响，并且其自身的可燃性能够进一步增加热量产生。但是，离子液体与航空煤油互溶性过低，二者需通过预混形成混合燃料。因此，本发明提出一种以离子液体为添加剂的混合燃料复合式喷雾装置，提供了一种将空气作用和电场作用结合来实现对燃油雾化效果进一步优化的方案。

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、为了解决宽工况范围内航空发动机液雾燃烧的雾化质量问题以及雾化可调控性，本发明提供了一种以离子液体为添加剂的混合燃料复合式喷雾装置。本发明能够实现液雾燃烧中燃油雾化的可调控性，其中，预混加入离子液体后，能够改善燃油受电场调控的影响效果，提高电场力的作用，获得更高质量，更加可调控的混合燃料雾化结果；加入预混段后，能够避免在特定条件下航空煤油与离子液体无法互溶的问题，保证在相应工况下混合燃料的均一性和稳定性；采用空气作用和电场作用复合调节燃油雾化，能够对单一雾化调节手段进行进一步的优化。

3、技术方案

4、一种以离子液体为添加剂的混合燃料复合式喷雾装置，包括喷嘴主体的三通连接管(1)，铜电极(2)，亚克力燃料管(3)，亚克力垫片(4)，黄铜喷嘴(5)，旋流器(6)，高速气流喷管(7)，预混段的三通连接管(8)，预混管道(9)和连接管道(10)。所述喷嘴主体的三通连接管(1)顶端开设直径为0.5mm的孔，作为电极插入通道；侧面开设直径4mm的通道，作为混合燃料进口，整体进口参数设定如下：进口压力为0.1～0.2mpa，进口流量为0.4～0.5ml/s；底端开设直径为5mm的螺纹孔，与亚克力燃料管上端保持螺纹连接；所述铜电极(2)为一根直径为0.5mm的铜制电极，在插入所述亚克力燃料管(3)内有长度为6cm、螺距为5mm的螺旋结构，两端为圆柱形结构，便于插入孔道，施加电压范围为5～9kv；所述铜电极(2)与黄铜喷嘴(5)的可调间距范围,即电极距离范围为1～5mm，当所述铜电极(2)位置确定后，可以采用橡胶带固定；所述亚克力燃料管(3)为亚克力材料制造的混合燃料流通管道，上端与三通连接管(1)螺纹连接；下端与黄铜喷嘴(5)螺纹连接，整体被包裹在内部；所述亚克力垫片(4)为中间开设0.6mm的圆形孔，周向设置四个间隔90°的肋片，整体厚度为1mm，铜电极(2)从中心孔穿过；所述黄铜喷嘴(5)以黄铜为材料制作而成，在底部开设孔径为0.5mm的燃料喷孔；所述高速气流喷管(7)是空心圆柱体结构，采用金属材料制成，上端与所述三通连接管(1)焊接固定，下端由所述旋流器(6)限位至与所述亚克力燃料管(3)同轴位置，上端侧面开设有直径5mm通道，作为高速气流进口流道，整体进口参数设定如下：进口压力为0～0.4mpa，进口流量为0～0.5ml/s；下端与黄铜喷嘴(5)喷嘴孔口平面平齐；所述旋流器(6)由亚克力材料制成，旋流器导流片与喷嘴整体轴向夹角30°～45°，与所述黄铜喷嘴(5)紧密贴合；所述预混段的三通连接管(8)为三面开设通道的连接管道，上端与所述预混管道(9)相连接，左下端为直径4mm航空煤油进口流道，整体进口参数设定如下：进口压力为0.1～0.4mpa，进口流量为0.4～0.5ml/s；右下端为直径3mm离子液体的进口流道整体进口参数设定如下：进口压力为0.1～0.4mpa，进口流量为0.05～0.1ml/s；所述预混管道(9)由黄铜制成，管道内设有多级黄铜翅片，上端与所述连接管道(10)螺纹连接，下端与所述预混端的三通连接管(8)螺纹连接；所述连接管道(10)与所述三通连接管(1)和所述预混管道(9)螺纹连接。

5、有益效果

6、一、所述铜电极(2)与所述亚克力燃料管(3)为同轴设置，混合燃料与所述铜电极(2)直接接触，这增加了电荷进入液体的效率；通过施加不同的电压强度，电荷量进入混合燃料的密度也不一样；通过添加离子液体，改善混合燃料的电导率，强化电荷传输效率，整体上增加混合燃料的带电量；通过设置螺旋段，加强电荷进入混合燃料的效率。

7、二、所述亚克力燃料管(3)分别与所述三通连接管(1)和所述黄铜喷嘴(5)螺纹连接，整体被包裹在内部，这降低了混合燃料因为和金属器件接触而导致的电荷损失。

8、三、所述亚克力垫片(4)中心开孔用于所述铜电极(2)穿过，限制了铜电极(2)的左右移动，保持为同轴位置，避免了所述铜电极(2)与所述黄铜喷嘴(5)的接触，减少不必要的电荷损失问题。

9、四、所述旋流器(6)限制了所述黄铜喷嘴(5)水平方向上的移动，保证了燃料喷雾的位置处于合理的流场之中，避免了所述黄铜喷嘴(5)与所述高速气流喷管(7)的直接接触，减少不必要的电荷损失问题，同时形成高速气体的流场保证混合燃料雾化效果。

10、五、所述预混管道(9)通过多级翅片增加局部阻力，以此增加航空煤油与离子液体混合后混合燃料在流道内的湍流度，保证混合燃料的稳定性与均一性。

技术特征：

1.一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于包括三通连接管(1)、铜电极(2)、亚克力燃料管(3)、亚克力垫片(4)、黄铜喷嘴主体(5)和可替换喷嘴头(6)，旋流器(7)，高速气流喷管(8)，和预混段的三通连接管(9)，预混管道(10)。所述三通连接管(1)在上端开设有电极插入孔，在侧面开设有混合燃料通道，与所述预混管道(10)相连，下端开设有连接孔；所述铜电极(2)从三通连接管(1)上端插入，并插至与可替换喷嘴头(6)一定距离处；所述亚克力燃料管(3)与三通连接管(1)和黄铜喷嘴主体(5)相连；所述亚克力垫片(4)被夹在亚克力燃料管(3)和黄铜喷嘴主题(5)之间；所述可替换喷嘴头(6)和黄铜喷嘴主体(5)相连；所述旋流器(7)与高速气流喷管(8)一体成型，内侧与黄铜喷嘴主体(5)贴合；所述高速气流喷管(8)侧面开设有气流进口，上端与三通连接管(1)相连；所述预混段的三通连接管(9)上端与所述预混管道(10)相连，下端两进口分别为燃油进口和离子液体进口。

2.根据权利要求1所述的一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于：所述铜电极(2)可以任意调整位置，改变与可替换喷嘴头(6)的间距，所述铜电极(2)为实心圆柱形形状。

3.根据权利要求1所述的一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于：所述亚克力垫片(3)在中心处开孔，用于限制所述铜电极(2)的左右位移，避免与所述黄铜喷嘴主体(5)接触，在所述亚克力垫片(3)周向位置布置间隔90°的肋片，用于增加混合燃料的湍流度。

4.根据权利要求1所述的一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于：所述可替换喷嘴头(6)为圆台结构，在顶部开设喷射孔。

5.根据权利要求1所述的一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于：所述旋流器(7)内侧与所述黄铜喷嘴主体(5)贴合，用于在喷嘴出口处形成合适的流场，保证雾化效果。

6.根据权利要求1所述的一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于：所述预混管道(10)中设置有多级翅片，用于增加混合燃料的湍流度，保证混合燃料的均一性和稳定性。

7.根据权利要求1所述的一种以离子液体为添加剂的混合燃料、带有预混段的电流体式和气动式复合型喷雾装置，其特征在于：所有所述部件的圆心均要对齐于一点，所述三通连接管(1)、所述亚克力燃料管(3)、所述亚克力垫片(4)、所述旋流器(7)和所述高速气流喷管(8)均采用亚克力材料制成，所述铜电极(2)、所述黄铜喷嘴主体(5)和所述可替换喷嘴头(6)、所述预混段的三通连接管(9)和所述预混管道(10)均采用黄铜材料制成。

技术总结本发明为一种以离子液体为添加剂的混合燃料复合式喷雾装置。该装置包括三通连接管、铜电极、亚克力燃料管、亚克力垫片、黄铜喷嘴主体、可替换喷嘴头、黄铜套筒、高速气流喷管、预混三通连接管和多级旋流预混管路。铜电极插入三通连接管上端，连接至亚克力燃料管，而亚克力燃料管下端与黄铜喷嘴主体相连，中间垫有亚克力垫片。黄铜喷嘴主体与可替换喷嘴头形成空心结构。高速气流喷管内含亚克力燃料管，并由黄铜套筒限位至同心位置。预混三通连接管与多级旋流预混管路连接，下端和侧面分别设有煤油和离子液体的进口流道。通过调节输入电压和气体流速，可获得不同雾化特性参数的射流喷雾。在离子液体的影响下，煤油电荷雾化特性得到显著提升。技术研发人员：李建玲,韩美婷,黄新春,门海,郭展辰受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20