一种新型超声速燃气预混装置

1.本发明涉及可燃气体混合技术领域技术领域，具体涉及一种新型超声速燃气预混装置。


背景技术：

2.目前针对可燃气体预混从而提高燃烧效率的方法有采用主次管壁外形设计成拉法尔喷管的方式，在次管壁出口产生超声速气流，加快主管壁内的燃料的混合速率，但是该方式受次管壁尺寸影响，同时容易在主管壁投料顶部产生燃料堆积，对燃料的使用效率上大打折扣，因此有必要进行改进。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种新型超声速燃气预混装置，其可以有效的减少燃料在管内堆积的情况，而且能显著地提高燃料的利用效率。
4.为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
5.一种新型超声速燃气预混装置，包括拉法尔喷管，所述拉法尔喷管内部具有收缩段和扩张段；
6.其中，所述扩张段具有光滑部位，以使流经的至少部分流体产生正激波；
7.其中，所述扩张段具有粗糙部位，以使流经的至少部分流体产生斜激波，并与所述光滑部位产生的正激波发生碰撞。
8.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述粗糙部位配置为具有多个凸起并不具有凹陷。
9.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述凸起呈圆柱状设置。
10.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述拉法尔喷管包含有：第一管体、第二管体和至少一个连接管；
11.所述收缩段至少局部或全部位于所述第一管体内；所述扩张段至少局部或全部位于所述第二管体内；
12.其中，所述第二管体与所述至少一个连接管可拆卸连接。
13.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述连接管上设置有至少一个燃料进口。
14.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述第一管体内设置有第一燃料储存腔，所述第一燃料储存腔配置为与所述收缩段分隔。
15.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述凸起配置为与所述第二管体为一体式设置。
16.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述第二管体内设置有第二燃料储存腔，所述第二燃料储存腔配置为与所述扩张段分隔。
17.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述燃料进口的中轴线配置为与所述拉法尔喷管的中轴线相垂直。
18.本公开的至少一实施例提供的新型超声速燃气预混装置中：所述拉法尔喷管还具有喉段，所述喉段位于所述收缩段和扩张段之间，且所述喉段位于所述至少一个连接管内。
19.本发明的有益效果为：当气流到达扩张段时，速度仍然会继续加速，加速至超声速气流，超声速气流碰到粗糙部位会产生很多斜激波，与光滑壁面内只产生正激波相比，正斜激波相互影响，从而使得粗糙扩张管内的激波结构更加复杂，气流的运动状态也会更加混乱，对于燃料预混的效果十分明显。
20.由于粗糙部位的接触面积增大，在超声速气流的影响下，大大提高了蒸发面积，从而使得液态燃料蒸发效率提高，蒸发的气态燃料能够更加充分的混合，并且可以有效的减少燃料在管内堆积的情况，使得燃料的利用效率显著提高。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为实施例1中的新型超声速燃气预混装置的视图。
23.图2为实施例1中的新型超声速燃气预混装置的剖面图。
24.图3为实施例中的第二管体的立体图。
25.图4为实施例中的第二管体的视图。
26.图5为实施例2中的新型超声速燃气预混装置的剖面图。
27.图6为实施例3中的新型超声速燃气预混装置的视图。
28.图7为实施例3中的第一管体的立体图。
29.图8为实施例3中的第一管体、第一连接管和第二连接管的连接示意图。
30.图9为实施例3中的第一连接管的立体图。
31.图10为实施例3中的新型超声速燃气预混装置的剖面图。
32.图中：
33.10、拉法尔喷管；11、第一管体；12、第二管体；13、第一连接管；14、第二连接管；101、收缩段；102、扩张段；103、喉段；1021、光滑部位；1022、粗糙部位；131、燃料进口；111、第一燃料储存腔；121、第二燃料储存腔。
具体实施方式
34.本公开基于对粗糙拉法尔喷管内部流场研究分析，发现与光滑拉法尔喷管相比，针对粗糙拉法尔喷管扩张段边界层厚度显著增大，在超声速气流的作用下，粗糙壁面的存在使得扩张段内的激波结构变得更加复杂多变，对于燃料预混的效果十分明显，并且由于粗糙表面接触面积增大，在超声速气流的影响下，大大提高了蒸发面积，从而使得液态燃料蒸发效率提高，蒸发的气态燃料能够更加充分的混合。
35.下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显
然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.实施例1
37.如图1至4所示，一种新型超声速燃气预混装置，包括拉法尔喷管10，拉法尔喷管10包含有第一管体11、第二管体12和第一连接管13；拉法尔喷管10内部具有收缩段101、扩张段102和喉段103；收缩段101局部位于第一管体11内；扩张段102局部位于第二管体12内。
38.进一步的，扩张段102具有光滑部位1021和粗糙部位1022，光滑部位1021能使流经的部分流体产生正激波；粗糙部位1022能使流经的部分流体产生斜激波，并且斜激波能与光滑部位1021产生的正激波发生碰撞，从而使得粗糙扩张管内的激波结构更加复杂，气流的运动状态也会更加混乱。
39.在本实施例中，粗糙部位1022配置为具有多个凸起并不具有凹陷，凸起呈圆柱状设置，凸起配置为与第二管体12为一体式设置。由于凸起采用了圆柱状的结构，流经凸起端面的流体能够产生正激波，而流经凸起侧面的流体能够产生斜激波，凸起能够产生两种激波，有利于提升混合的效果。
40.在本实施例中，第二管体12与第一连接管13可拆卸连接，第二管体12采用了可拆卸的结构，更换便捷，能通过设计第二管体12，使其具有不同数量与高度的凸起，进而达到改变扩张段102面的等效粗糙度，能够有效的提升适用性，使其能适用于多种工作状况。
41.在本实施例中，第一连接管13上设置有两个燃料进口131。燃料进口131的中轴线配置为与拉法尔喷管10的中轴线相垂直。
42.在本实施例中，第一管体11内设置有第一燃料储存腔111，第一燃料储存腔111配置为与收缩段101分隔。
43.在本实施例中，喉段103位于收缩段101和扩张段102之间，且喉段位于第一连接管13内。
44.实施例2
45.如图5所示，本实施例公开一种新型超声速燃气预混装置，其与实施例1大致相同，不同点在于：
46.在本实施例中，第二管体12内设置有第二燃料储存腔121，第二燃料储存腔121配置为与扩张段102分隔。
47.实施例3
48.如图3、4、6、7、8、9和10所示，一种新型超声速燃气预混装置，包括拉法尔喷管，拉法尔喷管包含有第一管体11、第二管体12、第一连接管13和第二连接管14；拉法尔喷管内部具有收缩段101、扩张段102和喉段103；收缩段101全部位于第一管体11内；扩张段102全部位于第二管体12内；第二管体12与第一连接管13可拆卸连接。
49.进一步的，扩张段102具有光滑部位1021和粗糙部位1022，光滑部位1021能使流经的部分流体产生正激波；粗糙部位1022能使流经的部分流体产生斜激波，并且斜激波能与光滑部位1021产生的正激波发生碰撞，从而使得粗糙扩张管内的激波结构更加复杂，气流的运动状态也会更加混乱。
50.在本实施例中，粗糙部位1022配置为具有多个凸起并不具有凹陷，凸起呈圆柱状设置，凸起配置为与第二管体12为一体式设置。由于凸起采用了圆柱状的结构，流经凸起端面的流体能够产生正激波，而流经凸起侧面的流体能够产生斜激波，凸起能够产生两种激
波，有利于提升混合的效果。
51.在本实施例中，第一连接管13上设置有两个燃料进口131。燃料进口131的中轴线配置为与拉法尔喷管10的中轴线相垂直。
52.在本实施例中，第二管体12内设置有第二燃料储存腔121，第二燃料储存腔121配置为与扩张段102分隔。
53.在本实施例中，喉段103位于收缩段101和扩张段102之间，且喉段位于第一连接管13和第二连接管14内。
54.在本实施例中，第一管体11、第二连接管14、第一连接管13和第二管体12依次螺纹连接，整个拉法尔喷管10可以拆解，有利于工作人员维护和更换配件，便捷性好。
55.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内；除非明确说明，否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应解释为关键或必要的。

技术特征：
1.一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，包括：拉法尔喷管，内部具有收缩段和扩张段；其中，所述扩张段具有光滑部位，以使流经的至少部分流体产生正激波；其中，所述扩张段具有粗糙部位，以使流经的至少部分流体产生斜激波，并与所述光滑部位产生的正激波发生碰撞。2.根据权利要求1所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述粗糙部位配置为具有多个凸起并不具有凹陷。3.根据权利要求2所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述凸起呈圆柱状设置。4.根据权利要求2所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述拉法尔喷管包含有：第一管体，所述收缩段至少局部或全部位于所述第一管体内；第二管体，所述扩张段至少局部或全部位于所述第二管体内；以及至少一个连接管；其中，所述第二管体与所述至少一个连接管可拆卸连接。5.根据权利要求4所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述连接管上设置有至少一个燃料进口。6.根据权利要求5所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述第一管体内设置有第一燃料储存腔，所述第一燃料储存腔配置为与所述收缩段分隔。7.根据权利要求2所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述凸起配置为与所述第二管体为一体式设置。8.根据权利要求4所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述第二管体内设置有第二燃料储存腔，所述第二燃料储存腔配置为与所述扩张段分隔。9.根据权利要求5所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述燃料进口的中轴线配置为与所述拉法尔喷管的中轴线相垂直。10.根据权利要求4所述的一种新型超声速燃气预混装置，其特征在于，所述拉法尔喷管还具有喉段，所述喉段位于所述收缩段和扩张段之间，且所述喉段位于所述至少一个连接管内。

技术总结
本发明涉及可燃气体混合技术领域技术领域，具体公开一种新型超声速燃气预混装置，其包括收缩段和扩张段；扩张段具有光滑部位和粗糙部位，光滑部位能使流经的至少部分流体产生正激波；粗糙部位能使流经的至少部分流体产生斜激波，并与所述光滑部位产生的正激波发生碰撞；正斜激波相互影响，从而使得粗糙扩张管内的激波结构更加复杂，气流的运动状态也会更加混乱，对于燃料预混的效果十分明显，可以有效的减少燃料在管内堆积的情况，而且能显著地提高燃料的利用效率。同时粗糙面的蒸发面积增大，可以提高液态燃料蒸发效率。可以提高液态燃料蒸发效率。可以提高液态燃料蒸发效率。


技术研发人员：朱庆勇 罗梦琼 黄锦权 卢顺
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/20