一种膜冷却的火焰稳定器制造技术

本发明专利技术提供了一种膜冷却的火焰稳定器，包括连接段、稳定器前体和稳定器后体。连接段为一个安装用的法兰；稳定器前体为一个多孔的V型钝体圆环；稳定器后体为一个圆环形的薄片；稳定器前体和稳定器后体封闭形成冷却剂腔；V型稳定器前体的两侧上有沿圆周均布的冷却剂喷注孔；冷却剂通过喷注孔喷注形成气膜或液膜来冷却火焰稳定器；本发明专利技术所提供的火焰稳定器结构简单、成本低，具有火焰稳定性能好、耐高温、可长时间工作的特点。

Film cooling flame stabilizer

The present invention provides a flame stabilizer film cooling, including connecting section, stabilizer precursor and stabilizer body. The connecting section for a mounting flange; stabilizer precursor for V type ring of a porous bluff body stabilizer; body is an annular sheet; stabilizer precursor and stabilizer body sealed to form a coolant chamber; there are evenly distributed along the circumference of the coolant jet hole on both sides of the V type front stabilizer the coolant injection hole; the injection forming film or film cooling of flame stabilizer; flame stabilizer provided by the invention has simple structure, low cost, has the characteristics of flame stability, high temperature resistance, can work for a long time.

【技术实现步骤摘要】
一种膜冷却的火焰稳定器
本专利技术涉及燃气发生器、亚燃冲压发动机以及航空发动机领域，具体涉及燃气发生器、亚燃冲压发动机以及航空发动机燃烧室中的火焰稳定领域。
技术介绍
无论是航空发动机、燃气发生器还是冲压发动机，火焰稳定都是其燃烧室设计中的重要方面。在高速气流中主要通过构造低速的回流区来获得足够燃料剧烈化学反应所需的停留时间。在实际的发动机中主要采用钝体火焰稳定器形成回流区来稳定火焰是一种重要形式。文献“凹腔火焰稳定器阻力特性的实验研究[J].航空学报，2006，27(4)：556-560”、“Effectofcavityflameholderconfigurationoncombustionflowfieldperformanceofintegratedhypersonicvehicle[J].SCIENCECHINA，2010，53：2725-2733”、“凹腔稳定的超声速火焰结构的实验研究[J].推进技术，2008，29(6)：654-661.”等均公布了超燃冲压发动机中广泛采用的凹腔火焰稳定器，将这类火焰稳定器及其变种(扰流环)记为A类火焰稳定器。A类火焰稳定器适合于来流为超声速时燃料喷注采用壁面喷射方式的发动机，其燃烧组织方式为边区式。而对于液体火箭发动机、燃气发生器和航空发动机这些采用喷注器来喷注雾化燃料的发动机，在燃烧室壁面附近燃料含量较少，A类火焰稳定器的火焰稳定性较差。进一步地，由于燃烧发生在壁面附近，上述发动机内的温度场分布非常不均匀。由此可见A类火焰稳定器更多地适用于冲压发动机。文献“燃气发生器点火与燃烧性能研究[D].长沙：国防科学技术大学，2008”中公布了一种用在燃气发生器上用的V槽火焰稳定器。V型槽火焰稳定器已经在亚燃冲压发动机和航空发动机中得到广泛应用。将V型槽火焰稳定器及其变种(双V型槽、开缝V型槽、三角形钝体等)记为B类火焰稳定器。B类火焰稳定器适用于燃烧室内气流速度不高的发动机，这样总压损失才不至于严重影响发动机的性能。由于B类火焰稳定器直接安装在燃烧室内，自身没有任何冷却措施，因此要求燃烧室温度不能太高，并且工作时间受限。而火焰传播速度与燃烧室温度息息相关，使得B类火焰稳定器的火焰稳定性能有限。B类火焰稳定器用于燃气发生器限制了燃气发生器的工况范围和工作时间。总的来看，目前已经用于液体火箭发动机或燃气发生器等火焰稳定的钝体火焰稳定器，均没有冷却措施，只能靠钝体的热沉与辐射，这严重制约了火焰稳定器的工作范围和工作时间。
技术实现思路
本专利技术提供一种膜冷却的火焰稳定器，以解决液体火箭发动机、燃气发生器和航空发动机采用火焰稳定器时，工况范围和工作时间受限、流场均匀度和燃烧效率不高的问题。本专利技术结构简单、成本低，具有火焰稳定性能好、耐高温、可长时间工作的特点。本专利技术提供了一种膜冷却的火焰稳定器，包括连接段、稳定器前体和稳定器后体；所述连接段包括冷却剂入口；连接段安装在燃烧室上；所述火焰稳定器后体为一光滑圆环薄片，火焰稳定器前体与火焰稳定器后体封闭连接形成冷却剂腔；所述稳定器前体固接在连接段内，包含一个多孔的V型钝体圆环；稳定器前体的两侧上有沿圆周均布的冷却剂喷注孔；火焰稳定器前体上的冷却剂输入接口与连接段上的冷却剂入口同轴相接，构成冷却剂通道；所述冷却剂在冷却剂腔内均匀分配进入冷却剂喷注孔，冷却剂从冷却剂喷注孔喷注进入燃烧室。优选冷却剂采用液体冷却剂，其冷却剂喷注孔的数量n与直径d的确定方法如下：式中：为注入冷却剂腔的冷却剂的总流量(kg/s)，μ为冷却剂喷注孔的流量系数，取μ＝0.70～0.85，ρ为冷却剂密度(kg/m3)，Δp为冷却剂的喷注压降(Pa)，取0.3～0.6MPa，通过反复迭代设计，使得0.5mm≤d≤0.2D时即可，其中D为火焰稳定器的宽度。优选冷却剂采用气态冷却剂，其冷却剂喷注孔的数量n与直径d的确定方法如下：式中：为注入冷却剂腔的气态冷却剂的总流量(kg/s)，μg为冷却剂喷注孔流量系数，取μg＝0.75～0.85，pc为燃烧室压力(Pa)，Δpg为气态冷却剂的喷注压降(Pa)，取燃烧室压力的10％～30％，k，R，Ti均为气体的物性参数，表示比热比、气体常数和温度；通过反复迭代设计，使得其中，D为火焰稳定器的宽度。采用本专利技术可以取得以下技术效果：1.本专利技术采用气体或液体冷却剂对火焰稳定器实施膜冷却，可以有效的增加火焰稳定器的耐高温特性和工作时间，从而扩展了燃气发生器等燃烧装置的工况范围和工作时间；2.当燃烧装置的氧化剂含氧量较低(如空气)时，采用氧化剂本身作为火焰稳定器的冷却剂可以显著减少火焰稳定器前的流场速度，使得火焰稳定性更好，燃烧装置的燃烧效率更高；3.冷却剂喷注会产生一定的回流区，这进一步增强了火焰稳定器稳定火焰的能力；4.火焰稳定器结构简单，易于加工。附图说明图1：现有技术中A类火焰稳定器结构示意图；图2：现有技术中B类火焰稳定器结构示意图；图3：本专利技术火焰稳定器的总体结构示意图；图3a：本专利技术火焰稳定器的俯视图；图3b：图3a沿A-A方向的剖视图图4：本专利技术中稳定器前体的示意图；图4a：稳定器前体的俯视图图4b：稳定器前体的三维图图号说明：连接段1、稳定器前体2、稳定器后体3、冷却剂入口11、安装法兰12、V型钝体圆环21、安装凸台22、冷却剂喷注孔24、冷却剂输入接口25。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。本专利技术火焰稳定器如图3所示。包括连接段1、稳定器前体2和稳定器后体3，均采用不锈钢材料加工。连接段1包括冷却剂入口11和安装法兰12。连接段为一个安装用的法兰，通过法兰与燃烧室上的法兰联接，可以将整个火焰稳定器安装到燃烧室上；火焰稳定器后体3为一光滑圆环薄片。火焰稳定器前体2与火焰稳定器后体3通过焊接封闭形成冷却剂腔。图4为本实施例稳定器前体的示意图，包含一个多孔的V型钝体圆环21；圆环上呈对角线分布有两个安装凸台，通过凸台可以将稳定器前体卡入连接段对应的台阶上，在前体与连接段接触的上表面进行焊接；V型稳定器前体的两侧上有沿圆周均布的冷却剂喷注孔；冷却剂通过喷注孔喷注形成气膜或液膜来冷却火焰稳定器；火焰稳定器前体2上的冷却剂输入接口25与连接段1上的冷却剂入口11同轴相接，共同构成冷却剂通道。冷却剂在冷却剂腔内均匀分配进入冷却剂喷注孔24，冷却剂从冷却剂喷注孔24喷注进入燃烧室，并在V型钝体圆环21上形成冷却气膜或液膜。冷却剂可采用液体冷却剂和气态冷却剂，孔的数量n与直径d的确定可参见专著《液体火箭发动机设计》。当采用液体冷却剂时，孔的数量n与直径d由以下公式确定：式中：为注入冷却剂腔的冷却剂的总流量(kg/s)，μ为冷却剂喷注孔的流量系数，取μ＝0.70～0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜冷却的火焰稳定器，包括连接段(1)、稳定器前体(2)和稳定器后体(3)；所述连接段(1)包括冷却剂入口(11)；连接段安装在燃烧室上；所述火焰稳定器后体(3)为一光滑圆环薄片，火焰稳定器前体(2)与火焰稳定器后体(3)封闭连接形成冷却剂腔；所述稳定器前体(2)固接在连接段(1)内，包含一个多孔的V型钝体圆环(21)；稳定器前体(2)的两侧上有沿圆周均布的冷却剂喷注孔；火焰稳定器前体(2)上的冷却剂输入接口(25)与连接段(1)上的冷却剂入口(11)同轴相接，构成冷却剂通道；所述冷却剂在冷却剂腔内均匀分配进入冷却剂喷注孔(24)，冷却剂从冷却剂喷注孔(24)喷注进入燃烧室。

【技术特征摘要】
1.一种膜冷却的火焰稳定器，包括连接段(1)、稳定器前体(2)和稳定器后体(3)；所述连接段(1)包括冷却剂入口(11)；连接段安装在燃烧室上；所述火焰稳定器后体(3)为一光滑圆环薄片，火焰稳定器前体(2)与火焰稳定器后体(3)封闭连接形成冷却剂腔；所述稳定器前体(2)固接在连接段(1)内，包含一个多孔的V型钝体圆环(21)；稳定器前体(2)的两侧上有沿圆周均布的冷却剂喷注孔；火焰稳定器前体(2)上的冷却剂输入接口(25)与连接段(1)上的冷却剂入口(11)同轴相接，构成冷却剂通道；所述冷却剂在冷却剂腔内均匀分配进入冷却剂喷注孔(24)，冷却剂从冷却剂喷注孔(24)喷注进入燃烧室。2.如权利要求1所述的一种膜冷却的火焰稳定器，其特征在于所述冷却剂采用液体冷却剂。3.如权利要求2所述的一种膜冷却的火焰稳定器，其特征在于所述冷却剂喷注孔的数量n与直径d的确定方法如下：式中：为注入冷却剂腔的冷却剂的总流量(kg/s)，μ为冷却剂喷注孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：康忠涛，张新桥，李清廉，成鹏，钟战，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43