一种带导流结构的双级射流器制造技术

本发明专利技术提供了一种带导流结构的双级射流器，包括腔体和喷嘴，所述腔体的另一端设有第一进气口和第二进气口，所述喷嘴包括一级喷嘴和二级喷嘴，所述一级喷嘴位于混合腔内，所述二级喷嘴可轴向移动安装在一级喷嘴内，通过二级喷嘴的移动，使第二进气口与第一射流通道或者与2条射流通道连通；还包括导叶片，所述第一进气口和混合腔的吸入腔内分别设有导叶片，其中所述吸入腔内的导叶片可转动，控制系统根据二级喷嘴的位置，控制吸入腔内导叶片的转动角度。本发明专利技术在第一进气口和等压混合腔中设置导流叶片，根据电堆输出功率大小，水平移动第二喷嘴，同时配合控制旋转导叶片的转动，使二次流气体以最佳角度切入一次流气体中。流气体以最佳角度切入一次流气体中。流气体以最佳角度切入一次流气体中。

【技术实现步骤摘要】
一种带导流结构的双级射流器


[0001]本专利技术涉及射流器领域或者燃料电池领域，特别涉及一种带导流结构的双级射流器。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池作为一种高效的电化学能量转换装置，以氢气作为燃料，通过反应产生水，且发电效率不受卡诺循环的限制，是满足未来社会对高效、清洁和经济能源系统的需求。为了实现燃料电池系统的高效率运行，将使用供氢系统对燃料电池电堆进行过量供氢，因此需要将通过电堆但未反应的氢气进行回收再利用，以提高其效率。
[0003]目前氢气循环系统多采用循环泵进行氢气的回收利用，但氢循环泵需要满足密封性、低温冷启动和减震降噪的性能。而射流器作为纯机械结构，利用压力差及粘性剪切作用带动射流气体重新进行循环，具有无额外的寄生损耗且工作噪声小的优势，因而广泛应用于氢循环系统的设计中。
[0004]然而，现有的大多数射流器专利技术中，第一进气口与第二进气口管道一般呈垂向放置，且出于尽量使高速流气体靠近混合室以增加循环效率的目的，一般设计将第二进气出口往前移动，但是这将使第二进气口喷嘴出口截面与第一进气口管道截面相交，造成流通面积减小的缺点，从而导致部分被引射气体进入混合室前，撞击于喷嘴侧壁面形成涡旋，减少被引射气体的有效卷吸量，同时由于上述几何结构的垂直关系，被引射气体进入混合室时，以近乎垂直的角度直接切入第二进气口喷嘴出口的高速流中，这样两股气流会有较强烈的冲撞，造成大幅度动能损耗的同时，会产生周向的气流波动，造成混合室前端不稳定的混合流动现象。在混合室前端气体速度流动降缓，同时湍流波动影响其边界层的运动状态，气流波动的影响将传递至等容混合室中，固定结构下将无法完成一次流气体与二次流气体的能量混合过程，不稳定的气体移动至扩压管，将影响扩压效果与射流器出口压力，从而影响电堆的供给压力，无法达到燃料电池电堆系统各工况点的最优输出效率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种带导流结构的双级射流器，通过设置第一射流通道和第二射流通道，可以根据燃料电池输出功率的大小，选择不同的射流通道，其中，通过二级喷嘴一端伸出一级喷嘴端面，达到两个引射通道出口轴向台阶的效果，防止多通道射流器前端因多股气流同时混合带来涡旋、震荡等不稳定现象。同时，本专利技术在第一进气口和等压混合腔中设置导流叶片，根据电堆输出功率大小，水平移动第二喷嘴时，同时配合控制吸入腔中旋转导叶片的转动，使二次流气体以最佳角度切入一次流气体中，最大程度利用一次流剪切应力，引导气流缓和交汇。使射流通道出口气体均匀混合的同时保持高速，降低能量损失，以高速稳定的气流进入混合腔与扩压室，并稳定供给于电堆。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种带导流结构的双级射流器，包括腔体和喷嘴，所述腔体的一端为出口，所述腔体的另一端设有第一进气口和第二进气口，所述腔体内设有与第一进气口连通的混合腔；所述喷嘴包括一级喷嘴和二级喷嘴，所述一级喷嘴位于混合腔内，所述一级喷嘴安装在腔体的另一端上；所述二级喷嘴可轴向移动安装在一级喷嘴内，且所述二级喷嘴一端插入一级喷嘴内部空腔内，所述二级喷嘴外壳与一级喷嘴内部空腔之间的空间为第一射流通道，所述二级喷嘴内的中心孔为第二射流通道；通过二级喷嘴的移动，使第二进气口与第一射流通道或者与2条射流通道连通；
[0008]还包括导叶片，所述第一进气口和混合腔的吸入腔内分别设有导叶片，其中所述吸入腔内的导叶片可转动，控制系统根据二级喷嘴的位置，控制吸入腔内导叶片的转动角度。
[0009]进一步，所述导叶片包括第一固定导叶片、第二固定导叶片和旋转导叶片；所述第一进气口内设有第一固定导叶片和第二固定导叶片，所述第一固定导叶片与第一进气口的横截面平行，所述第二固定导叶片与第一进气口的横截面垂直；所述旋转导叶片位于所述一级喷嘴与吸入腔壁面之间，所述旋转导叶片一端与吸入腔壁面铰接，通过外力使旋转导叶片转动。
[0010]进一步，所述第一固定导叶片的厚度为所述第一进气口公称直径的0.15
‑
0.18倍；所述第一固定导叶片的进口边形状为圆形，所述第一固定导叶片出口形状为弧形；所述第一固定导叶片进口处圆形的内径与所述第一固定导叶片的厚度相同；所述第一固定导叶片出口处的弧形交点位于所述第一固定导叶片出口处的中线上。
[0011]进一步，所述第二固定导叶片的厚度为所述第一进气口公称直径的0.6
‑
0.8倍；所述第二固定导叶片的进口边形状为圆形，所述第二固定导叶片出口形状为弧形；所述第二固定导叶片进口处圆形的内径与所述第二固定导叶片的厚度相同；所述第二固定导叶片出口处的弧形交点位于所述第二固定导叶片出口处的中线上。
[0012]进一步，所述第一固定导叶片出口弧形尖端靠近第二固定导叶片曲率侧面中心处，所述第一固定导叶片出口弧形尖端到所述第二固定导叶片曲率侧面圆心距离为第一进气口公称直径的0.3
‑
0.4倍，所述第二固定导叶片出口弧形尖端靠近一级喷嘴渐缩壳体转折点处，所述第二固定导叶片出口弧形尖端到一级喷嘴壳体的最小距离为第一进气口公称直径的0.03
‑
0.05倍。
[0013]进一步，所述旋转导叶片的厚度为所述吸入腔最小直径的0.5
‑
0.7倍；所述旋转导叶片的进口边形状为圆形，所述第二固定导叶片出口形状为弧形，呈扁平针状；所述旋转导叶片进口处圆形的内径与所述第二固定导叶片的厚度相同；所述旋转导叶片出口处的弧形交点位于所述旋转导叶片出口处的中心线上。
[0014]进一步，所述二级喷嘴一端伸出一级喷嘴端面，用于防止避免喷嘴出口产生涡旋；伸出一级喷嘴端面的所述二级喷嘴一端到吸入腔出口处横截面的距离为NXP，NXP为0.8~1.1D
m
，其中D
m
为吸入腔出口的公称直径。
[0015]进一步，所述二级喷嘴的壳体根据流向依次设有第一段壳体、第二段壳体和引导端；所述引导端插入一级喷嘴内，使第一射流通道出口横截面呈环形；所述引导端一端伸出一级喷嘴端面；所述引导端的外轮廓面根据流向依次设有第一导流面和第三导流面，所述第一导流面一侧与第二段壳体圆滑过渡，通过对第一引射通道出口气体施加支撑力，用于
使第一引射通道出口气体保持水平前进；位于第二射流通道出口处的所述引导端的内孔设有第二导流面，通过对第二引射通道出口气体径向分流约束，用于使第二引射通道出口气体在两个引射通道混合前保持水平前进；所述第三导流面为渐缩锥面， 通过第二引射通道出口气体与进入混合腔的气体组成的混合气体沿第三导流面倾斜切入第一引射通道出口气体，用于缓和两股气流混合。
[0016]进一步，所述第三导流面的倾斜角度随着引导端的轴向长度的增加而增加；所述第三导流面与轴向之间的夹角为8~15度。
[0017]进一步，所述第二导流面出口处设有扩压段，所述扩压段内轮廓的锥度为正锥度θ，所述第三导流面锥度大于扩压段内轮廓的锥度。
[0018]本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带导流结构的双级射流器，包括腔体（1）和喷嘴（4），所述腔体（1）的一端为出口，所述腔体（1）的另一端设有第一进气口（2）和第二进气口（1
‑
2），所述腔体（1）内设有与第一进气口（2）连通的混合腔（1
‑
4）；所述喷嘴（4）包括一级喷嘴（4
‑
1）和二级喷嘴（4
‑
2），所述一级喷嘴（4
‑
1）位于混合腔内，所述一级喷嘴（4
‑
1）安装在腔体（1）的另一端上；所述二级喷嘴（4
‑
2）可轴向移动安装在一级喷嘴（4
‑
1）内，且所述二级喷嘴（4
‑
2）一端插入一级喷嘴（4
‑
1）内部空腔内，所述二级喷嘴（4
‑
2）外壳与一级喷嘴（4
‑
1）内部空腔之间的空间为第一射流通道，所述二级喷嘴（4
‑
2）内的中心孔为第二射流通道；通过二级喷嘴（4
‑
2）的移动，使第二进气口（1
‑
2）与第一射流通道或者与2条射流通道连通；其特征在于，还包括导叶片（5），所述第一进气口（2）和混合腔（1
‑
4）的吸入腔（6）内分别设有导叶片（5），其中所述吸入腔（6）内的导叶片（5）可转动，控制系统根据二级喷嘴（4
‑
2）的位置，控制吸入腔（6）内导叶片（5）的转动角度。2.根据权利要求1所述的带导流结构的双级射流器，其特征在于，所述导叶片（5）包括第一固定导叶片（5
‑
1）、第二固定导叶片（5
‑
2）和旋转导叶片（5
‑
3）；所述第一进气口（2）内设有第一固定导叶片（5
‑
1）和第二固定导叶片（5
‑
2），所述第一固定导叶片（5
‑
1）与第一进气口（2）的横截面平行，所述第二固定导叶片（5
‑
2）与第一进气口（2）的横截面垂直；所述旋转导叶片（5
‑
3）位于所述一级喷嘴（4
‑
1）与吸入腔（6）之间，所述旋转导叶片（5
‑
3）一端与吸入腔（6）壁面铰接，通过外力使旋转导叶片（5
‑
3）转动；当二级喷嘴（4
‑
2）移动使2条射流通道连通时，控制系统控制旋转导叶片（5
‑
3）转动，使旋转导叶片（5
‑
3）与水平方向的夹角减小。3.根据权利要求2所述的带导流结构的双级射流器，其特征在于，所述第一固定导叶片（5
‑
1）的厚度为所述第一进气口（2）公称直径的0.15
‑
0.18倍；所述第一固定导叶片（5
‑
1）的进口边形状为圆形，所述第一固定导叶片（5
‑
1）出口形状为弧形；所述第一固定导叶片（5
‑
1）进口处圆形的内径与所述第一固定导叶片（5
‑
1）的厚度相同；所述第一固定导叶片（5
‑
1）出口处的弧形交点位于所述第一固定导叶片（5
‑
1）出口处的中线上。4.根据权利要求2所述的带导流结构的双级射流器，其特征在于，所述第二固定导叶片（5
‑
2）的厚度为所述第一进气口（2）公称直径的0.6
‑
0.8倍；所述第二固定导叶片（5
‑
2）的进口边形状为圆形，所述第二固定导叶片（5
‑
2）出口形状为弧形；所述第二固定导叶片（5
‑
2）进口处圆形的内径与所述第二固定导叶片（5
‑
2）的厚度相同；所述第二固定导叶片（5
‑
2）出口处的弧形交点位于所述第二固定导叶片（5
‑
2）出口处的中线上。5.根据权利要求2所述的带导流结构的双级射流器，其特征在于，所述第一固定导叶片（5
‑
1）出口弧形尖端靠近第二固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹必峰，李泽锴，董非，贾和坤，倪捷，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：