微型發動機燃燒室環形凹凸壁面蒸發管的製作方法

2023-04-24 14:32:56

本發明屬於微型發動機燃燒室領域，具體涉及一種蒸發管壁面結構設計並能有效改善燃燒室內燃油霧化蒸發效果，從而提高微型燃燒室內的燃燒效率。

背景技術：

自二十世紀八十年代微型發動機的概念出現以來，微型發動機及其相關技術的研究取得了不小的進步。微型動力系統在近幾年已成為國內外研究熱點，其中微型渦輪發動機是最有前途的動力之一，具有體積小、重量輕、輸出能量大、密度高等優點。微型燃燒室的設計是微型渦輪發動機中關鍵環節，也是最重要的部分，與常規尺度燃燒室相比，此種燃燒室具有特徵尺寸小和面容比大的特點，致使氣流停留時間段、散熱損失大，從而導致燃燒不穩定現象的出現。

國內外雖然開展了微型燃燒室的相關研究工作，但對於微型燃燒室的流動特徵和性能的研究較少，釐米級的燃燒室一般為環形燃燒室，它主要用於釐米級發動機中，有蒸發管式環形燃燒室和離心甩油盤環形折流燃燒室。蒸發管式的環形燃燒室被廣泛採用，液體燃料經過蒸發管時，逐漸蒸發為氣態，在燃燒之前和蒸發管裡面的空氣已經初步摻混，這樣縮短了氣流在燃燒室滯留的時間，並且能夠較好的燃燒，同時，它沒有旋流器，也沒有用來產生穩定渦的鈍體，但火焰筒的內外壁面開著很多有規律的摻混孔，孔與蒸發管出口氣流能產生穩定渦，使燃油更加充分燃燒，並使出口溫度滿足渦輪進口的要求。採用此種方式供油方式可以在較短的燃燒停留時間條件下獲得較高的燃燒性能。

微型發動機燃燒室性能的好壞直接決定發動機性能的好壞，而對於燃燒室性能好壞，燃油燃燒效率起關鍵性作用。蒸發管的使用能夠提高燃油的霧化蒸發，從而提高燃燒效率，以往常採用直筒或者L型光滑壁面等結構，能夠提高燃燒效率，但效果較差，這方面的研究還有待提高，蒸發管壁面結構設計具有研究前景，對燃燒室性能提高有很大幫助。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提出一種能夠增強微型燃燒室內燃油蒸發霧化效果的蒸發管新型壁面結構設計方案。本技術採用環形內凹外凸結構設計：內凹結構能夠增大蒸發管內流通區域，增加燃油在蒸發管內停留時間；外凸結構能夠增強蒸發管傳熱，提高燃油霧化蒸發效果。環形結構的設計和加工都很簡單，在工程使用中有多方面優勢。

技術方案

本發明的目的在於提供一種微型發動機燃燒室環形凹凸壁面蒸發管。

本發明技術方案如下：

微型發動機燃燒室環形凹凸壁面蒸發管，包括：環形內壁面內凹結構和外壁面凸臺結構，設計參數包括內凹深度、外凸高度、環形寬度和幾何分布。對於釐米級的蒸發管，壁面厚度為1～2mm，直徑為5～10mm，長度為4～10cm。

所述環形凹凸壁面蒸發管內壁面環形內凹結構，其特徵在於：蒸發管內壁面環形內凹結構深度為0.5～2mm，環形寬度為0.5～3mm，均勻分布在蒸發管內。環形內凹結構的具體尺寸應根據蒸發管的整體尺寸進行比例分配，在滿足強度要求的前提下，對壁面內凹進行尺寸設置。

所述環形凹凸壁面蒸發管外壁面環形凸臺結構，其特徵在於：在內壁內凹結構的同等位置進行外壁面設置環形凸臺結構，環形凸臺結構尺寸外高度為0.5～2mm，寬度為0.5～3mm，具體尺寸應根據蒸發管具體尺寸進行分配，所處位置與環形內凹結構處於同一位置，均勻分布在蒸發管外壁面上，從而能夠保證蒸發管強度。

蒸發管環形內凹外凸結構在軸向方向進行等距分布，整個蒸發管分布的數量為5～50個，具體分布情況根據實際的蒸發管尺寸進行調整設計。

本發明具有以下有益效果：

在微型發動機燃燒室內採用環形凹凸壁面蒸發管，與普通蒸發管不同，蒸發管內部增加了內凹環結構，從而增加了氣流在蒸發管內停留的時間，讓其有充分的時間與蒸發管內空氣進行蒸發預混，同時，內凹環結構增加了內壁面面積，從而使蒸發管內混氣與蒸發管內壁面接觸面積增加，換熱效果得到增強，對燃油的霧化蒸發有加強效果；蒸發管外壁面增加了外凸環結構，從而增加了蒸發管外壁面面積，對蒸發管與燃燒室內高溫氣流換熱有加強作用，壁面溫度能夠提高，對蒸發管內的燃油霧化蒸發有促進作用。這兩部分的添加加強了蒸發管內燃油的霧化蒸發效果，從而在蒸發管出口得到預混較好的混氣，進入燃燒室後能夠更好的充分燃燒，燃燒效率也會有顯著提高，對發動機性能的提高也起到了很大幫助。

附圖說明

圖1：帶有環形結構的蒸發管整體三維圖

圖2：對有環形結構的蒸發管進口進行局部放大圖

圖3：環形結構的蒸發管正視圖

圖4：環形凹凸壁面蒸發管剖面示意圖

具體實施方式

現結合附圖對本發明作進一步描述：

結合圖1、圖3、圖4，本發明提供了一種新的可以有效增強換熱和提高燃油蒸發霧化的微型發動機燃燒室環形凹凸壁面蒸發管。圖1為帶有環形內凹外凸結構的微型燃燒室蒸發管整體結構示意圖，圖3為正視圖主要表明環形內凹外凸結構在蒸發管上的軸向分布，圖4為蒸發管環形內凹外凸結構截面示意圖，主要用來確定內凹深度和外凸高度截面圖示。燃燒室是微型發動機的核心部件，微型發動機尺寸小、結構緊湊、不易流動和燃燒，燃燒駐留時間短，量級為幾毫秒，採用蒸發管結構進行霧化，而在蒸發管內增加環形內凹外凸結構能更好的加強換熱和提高霧化效果。

環形凹凸壁面蒸發管包括兩部分結構：內壁面環形內凹結構和外壁面環形外凸結構。圖3、圖4所示環形內凹外凸結構在蒸發管的分布。外界氣流經蒸發管進口進入蒸發管內，蒸發管具有內凹結構(圖4)有穩住氣流的作用，環形內凹結構使蒸發管內的利用空間增大，燃油與空氣混合的空間得到增大，混氣與蒸發管壁面的接觸面積增大，氣流與蒸發管壁面的換熱得以增強，同時在凹腔內能形成回流區，讓混氣在蒸發管內停留的時間增加，使霧化蒸發時間增加，這兩者的增加使燃油在蒸發管內的霧化蒸發效果得到加強。圖3所示蒸發管外壁面分布有規律的環形外凸結構，外凸結構增加了蒸發管外壁面的面積，從而增加蒸發管與火焰筒高溫氣流換熱，蒸發管壁面的溫度能夠得到顯著提高，對蒸發管內的燃油蒸發霧化起促進作用。預混的混氣經蒸發管出口進入火焰筒內部，由於在蒸發管內已經混合蒸發的很充分，在蒸發管出口能夠更好更充分的燃燒，從而達到提高燃燒效率，也對燃燒室性能有很大提高，發動機性能也能夠進一步提高。