本發(fā)明涉及相變儲能，尤其涉及一種應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步，世界各國相繼開展了高空領(lǐng)域的探索行動，而高空長航時飛行器作為探索高空的重要工具手段引起了科研人員的廣泛關(guān)注。

2、目前應用在高空長航時飛行器的動力系統(tǒng)主要有：太陽能動力技術(shù)、燃料電池推進技術(shù)、h2燃料燃燒室技術(shù)。而太陽能的轉(zhuǎn)化利用率低，為了增大太陽照射面積、使得飛行器的展弦比較大，這不僅對其機動靈活性產(chǎn)生了影響，也整體結(jié)構(gòu)強度提出更高要求。燃料電池現(xiàn)在仍存在體積大、重量重且存儲容量有限的問題。h2燃料燃燒室則基于高空環(huán)境特征對燃燒室進口參數(shù)以及燃燒性能產(chǎn)生的影響分析而提出的解決方案，具有很大的潛力。

3、然而傳統(tǒng)燃料燃氣輪機燃燒室頭部結(jié)構(gòu)為一個整體燃燒腔通過多個傾斜導流板分隔，在空氣出口處通入液體燃料實現(xiàn)燃燒。若將傳統(tǒng)燃料燃氣輪機燃燒室頭部直接應用于h2的燃燒，則會存在以下不足：(1)由于h2火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?，預混燃燒以及強旋流燃燒容易引發(fā)回火的風險；(2)h2熱值高、絕熱火焰溫度高，容易產(chǎn)生局部高溫區(qū)不僅增大調(diào)節(jié)溫度的負擔，也會增加高nox排放的風險；(3)由于海拔跨度大、燃燒室進口參數(shù)變化范圍寬，寬工況調(diào)節(jié)能力也是對傳統(tǒng)燃燒室結(jié)構(gòu)的一種巨大考驗。從而會對燃燒室燃燒效率、出口溫度分布特征、寬工況范圍適用性產(chǎn)生影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題提供一種應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，包括頭部本體，所述頭部本體設有多個均勻排列分布的空氣通道，所述空氣通道的空氣出口一端設有橫截面呈v型的穩(wěn)定器；所述穩(wěn)定器內(nèi)具有容納h2的燃料腔；所述穩(wěn)定器的v形尖端靠近所述空氣通道的空氣入口一端，所述穩(wěn)定器的v形開口一端的相對兩外壁開設有噴氣口并與所述空氣通道的內(nèi)壁之間具有穿混間隙；所述噴氣口與所述燃料腔連通。

4、進一步地，所述空氣通道的其中相對兩內(nèi)壁傾斜設置并由空氣入口一端向空氣出口一端漸擴；所述穩(wěn)定器的兩個傾斜側(cè)壁分別與所述空氣通道的兩個傾斜內(nèi)壁相對，所述穩(wěn)定器的兩端端壁分別固定連接于所述空氣通道的另外兩個相對內(nèi)壁。

5、進一步地，所述穩(wěn)定器包括內(nèi)v板和外v板，所述外v板疊設于所述內(nèi)v板外部并與所述內(nèi)v板具有相同中心線；所述內(nèi)v板的開口一端與所述外v板的開口一端通過水平板連接以形成所述燃料腔；所述水平板分別與所述內(nèi)v板和所述外v板的中心線平行；所述噴氣口開設于所述水平板。

6、進一步地，所述噴氣口至少設有四個，四個所述噴氣口兩兩一組分別相對設置于兩個相對的所述水平板。

7、進一步地，所述水平板與所述外v板相接的一端與所述空氣通道的空氣出口相對，所述水平板與所述內(nèi)v板相接的一端相對位于所述空氣通道的空氣出口一端外部。

8、進一步地，所述外v板的內(nèi)角為α＝30°～60°；所述穩(wěn)定器的堵塞比為wb/wa＝0.25～0.55，其中，wb為所述內(nèi)v板的開口寬度，wa為所述空氣通道的空氣出口周向長度；所述水平板位于空氣通道外部的長度為lbo＝3mm～10mm。

9、進一步地，所述空氣通道的空氣進口長寬比為w/h＝0.7～1.35，其中，w為周向長度，h為徑向長度，h＝10mm～15mm。

10、進一步地，所述噴氣孔的直徑為d0＝0.6mm～1.2mm，所述水平板上兩個相鄰所述噴氣孔之間的間距為d1＝3mm～6mm。

11、進一步地，所述空氣通道和所述穩(wěn)定器的數(shù)量為6～9個。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

13、本發(fā)明公開的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)通過設置多個均勻排列分布的空氣通道并在空氣通道的空氣出口一端設置v型的穩(wěn)定器，在頭部本體形成多個燃燒單元體，通過穩(wěn)定器設置有噴氣口用于噴出h2，能夠?qū)2大火焰離散成眾多小火焰，避免局部高溫，且穩(wěn)定器與空氣通道內(nèi)壁之間具有穿混間隙，使得h2與空氣通道內(nèi)流動的空氣實現(xiàn)穿透混合，以實現(xiàn)氫氣/空氣之間的良好混合；通過在氫氣/空氣交叉射流出口處設置穩(wěn)定器，改變氣體流速從而形成回流區(qū)，增加湍流強度，通過產(chǎn)生的展向渦以強化氫氣與空氣的混合，使得溫度分布更加均勻、nox排放更低，進而提高燃燒效率。本申請通過采用擴散燃燒的方式能夠避免氫氣發(fā)生回火燒壞頭部，通過設置穩(wěn)定器實現(xiàn)溫度分布均勻并強化氫氣/空氣的混合，提高燃燒效率。

技術(shù)特征：

1.一種應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括頭部本體，所述頭部本體設有多個均勻排列分布的空氣通道，所述空氣通道的空氣出口一端設有橫截面呈v型的穩(wěn)定器；所述穩(wěn)定器內(nèi)具有容納h2的燃料腔；所述穩(wěn)定器的v形尖端靠近所述空氣通道的空氣入口一端，所述穩(wěn)定器的v形開口一端的相對兩外壁開設有噴氣口并與所述空氣通道的內(nèi)壁之間具有穿混間隙；所述噴氣口與所述燃料腔連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣通道的其中相對兩內(nèi)壁傾斜設置并由空氣入口一端向空氣出口一端漸擴；所述穩(wěn)定器的兩個傾斜側(cè)壁分別與所述空氣通道的兩個傾斜內(nèi)壁相對，所述穩(wěn)定器的兩端端壁分別固定連接于所述空氣通道的另外兩個相對內(nèi)壁。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述穩(wěn)定器包括內(nèi)v板和外v板，所述外v板疊設于所述內(nèi)v板外部并與所述內(nèi)v板具有相同中心線；所述內(nèi)v板的開口一端與所述外v板的開口一端通過水平板連接以形成所述燃料腔；所述水平板分別與所述內(nèi)v板和所述外v板的中心線平行；所述噴氣口開設于所述水平板。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴氣口至少設有四個，四個所述噴氣口兩兩一組分別相對設置于兩個相對的所述水平板。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水平板與所述外v板相接的一端與所述空氣通道的空氣出口相對，所述水平板與所述內(nèi)v板相接的一端相對位于所述空氣通道的空氣出口一端外部。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外v板的內(nèi)角為α＝30°～60°；所述穩(wěn)定器的堵塞比為wb/wa＝0.25～0.55，其中，wb為所述內(nèi)v板的開口寬度，wa為所述空氣通道的空氣出口周向長度；所述水平板位于空氣通道外部的長度為lbo＝3mm～10mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣通道的空氣進口長寬比為w/h＝0.7～1.35，其中，w為周向長度，h為徑向長度，h＝10mm～15mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴氣孔的直徑為d0＝0.6mm～1.2mm，所述水平板上兩個相鄰所述噴氣孔之間的間距為d1＝3mm～6mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于高高空低壓環(huán)境的h2燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣通道和所述穩(wěn)定器的數(shù)量為6～9個。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種應用于高高空低壓環(huán)境的H<subgt;2</subgt;燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，包括頭部本體，頭部本體設有多個均勻排列分布的空氣通道，空氣通道的空氣出口一端設有橫截面呈V型的穩(wěn)定器；穩(wěn)定器內(nèi)具有容納H<subgt;2</subgt;的燃料腔；穩(wěn)定器的V形尖端靠近空氣通道的空氣入口一端，穩(wěn)定器的V形開口一端的相對兩外壁開設有噴氣口并與空氣通道的內(nèi)壁之間具有穿混間隙；噴氣口與燃料腔連通。本申請通過采用擴散燃燒的方式能夠避免氫氣發(fā)生回火燒壞頭部，通過設置穩(wěn)定器實現(xiàn)溫度分布均勻并強化氫氣/空氣的混合，提高燃燒效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王柏森,蘇毅,林宇震
受保護的技術(shù)使用者：北京航空航天大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26