一种涡流喷嘴及大温差两相介质快速掺混装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种涡流喷嘴及大温差两相介质快速掺混装置，包括环形安装壁以及周向设置的两排涡流喷嘴。涡流喷嘴包括两个进气口，一个喷气出口，其连接所述环形薄壁，并突出所述环形薄壁内壁面；其中，所述涡流喷嘴用于将燃气通过该涡流喷嘴的两个入口螺旋导入所述环形安装壁内部。本发明专利技术适用于包含气液掺混流动状态的管路系统中，通过涡流喷嘴使燃气产生具有旋转速度的空泡，空泡高速旋转将增强自由面对流换热，提高气液掺混效率，降低管内流体含气率，防止主泵气蚀；同时，空泡旋转过程中，周向塌缩的溃灭压力得以耗散和释放，有利于降低空泡溃灭中心的压力波动峰值，避免了与其他结构部件发生耦合，造成火箭纵向振动。造成火箭纵向振动。造成火箭纵向振动。

【技术实现步骤摘要】
一种涡流喷嘴及大温差两相介质快速掺混装置


[0001]本专利技术属于流体机械领域，涉及一种涡流喷嘴及大温差两相介质快速掺混装置。

技术介绍

[0002]在液氧煤油火箭高压补燃发动机氧涡轮泵系统中，富氧燃气在泵间管与液氧主流发生掺混。气液两相掺混过程伴随着相变换热、多尺度界面动态演化、压力振荡及传播等瞬态特性，给发动机工作可靠性的提升带来了许多亟待解决的关键技术难题和挑战：(1)气体从注气孔进入管路后易在主流液氧较高流速作用下形成一层连续的贴壁气膜，引起气液掺混流动管路系统低频振荡；(2)泵间管掺混流的含气率在进入主泵前须降至2.5％以下，若冷凝不及时，管内流体含气率提高，易造成主泵气蚀；(3)气液氧掺混过程中两相界面动态演化诱发的压力波动，易与火箭总体结构发生动力学耦合，进而产生纵向不稳定振动。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有燃气掺混结构引起的低频振荡问题，提供一种涡流喷嘴及大温差两相介质快速掺混装置，本专利技术基于空泡自旋溃灭原理，能够快速稳定掺混燃气与液氧，提高泵间管气液掺混效率，降低管内流体含气率和掺混过程中两相界面动态演化诱发的压力波动。本专利技术适用于包含气液掺混流动状态的管路系统中，特别是应用于液体火箭发动机泵间管路。
[0004]第一方面，本专利技术提供一种涡流喷嘴，包括：
[0005]涡流盘管，所述涡流盘管的一端连接至少2个燃气进口，另一端连接燃气出口；
[0006]燃气进口，所述燃气进口为弧形弯管，设置在涡流盘管所在平面的一侧，且所述弧形弯管的入口处远离该平面；
[0007]燃气出口，所述燃气出口设置于涡流盘管所在平面的另一侧，且燃气出口的末端伸出涡流盘管所在平面。
[0008]进一步的，本专利技术燃气出口为倒喇叭口。
[0009]进一步的，本专利技术燃气出口的孔径为4mm～12mm。
[0010]进一步的，本专利技术弧形弯管的出口与涡流盘管所围成的圆相切，使燃气进入并旋转出射。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种大温差两相介质快速掺混装置，包括环形安装壁，所述环形安装壁为中空的圆台结构，内部为掺混管路，其直径大的底面为掺混管路的入口，直径小的底面为掺混管路的出口；所述环形安装壁的侧面沿轴向均匀设置若干涡流喷嘴。
[0012]进一步的，本专利技术涡流喷嘴的燃气出口突出环形安装壁的内壁面。
[0013]进一步的，本专利技术环形安装壁的材料为不锈钢。
[0014]进一步的，本专利技术环形安装壁的侧面设置有两层沿轴向均布的涡流喷嘴，每层分别设置28个。
[0015]进一步的，本专利技术环形安装壁侧面上下对应的两个涡流喷嘴的燃气出口位于环形
安装壁的同一轴面上。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]本专利技术提出了一种强化掺混的有效途径，燃气导入口设计为涡流喷嘴，使燃气旋转进入气液掺混管道。气体射流与主流液体相互作用，利用流体间的卷吸与夹带，促使组分与热量的混合，使气液掺混更为迅速和充分。气液间动量交换极大地增强了气体射流的不稳定性，加剧了气体射流的破碎与雾化，有利于富氧燃气与液氧掺混时产生单个气泡状态。空泡高速旋转将增强自由面两侧的对流换热，增强界面换热能力，可在较短距离和时间内实现燃气冷凝，并且空泡旋转过程中，周向塌缩的溃灭压力得以耗散和释放，有利于降低空泡溃灭中心的压力波动峰值，降低掺混过程中两相界面动态演化诱发的压力波动。本专利技术结构简单、紧凑，易于实现，可根据实际工程需要，调整单涡流喷嘴的进、出口孔径和旋转角度，方便操作，减少成本。
附图说明
[0018]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0019]图1为本专利技术涡流喷嘴的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术涡流喷嘴的主视图。
[0021]图3为本专利技术掺混结构的结构示意图。
[0022]图4为本专利技术掺混结构的俯视图。
[0023]图5为本专利技术掺混结构的数值计算结果示意图。
[0024]图6为本专利技术数值计算结果图，其中(a)为速度场矢量图，(b)为气液相分布云图。
[0025]图7为静止空泡溃灭和空泡自旋溃灭对比图，其中(a)为静止空泡溃灭和空泡自旋溃灭形态演化对比，(b)静止空泡溃灭压力演化图，(c)空泡自旋溃灭压力演化图。
[0026]其中：1
‑
环形安装壁，2
‑
涡流喷嘴，3
‑
液氧进口，4
‑
燃气进口，5
‑
液氧出口，6
‑
涡流盘管，7
‑
燃气出口。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0028]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0030]在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031]此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0032]在本专利技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0033]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡流喷嘴，其特征在于，包括：涡流盘管(6)，所述涡流盘管(6)的一端连接至少2个燃气进口(4)，另一端连接燃气出口(7)；燃气进口(4)，所述燃气进口(4)为弧形弯管，设置在涡流盘管(6)所在平面的一侧，且所述弧形弯管的入口处远离该平面；燃气出口(7)，所述燃气出口(7)设置于涡流盘管(6)所在平面的另一侧，且燃气出口(7)的末端伸出涡流盘管(6)所在平面。2.根据权利要求1所述的涡流喷嘴，其特征在于，所述燃气出口(7)为倒喇叭口。3.根据权利要求1或2所述的涡流喷嘴，其特征在于，所述燃气出口(7)的孔径为4mm～12mm。4.根据权利要求1所述的涡流喷嘴，其特征在于，所述弧形弯管的出口与涡流盘管(6)所围成的圆相切，使燃气进入并旋转出射。5.一种大温差两相介质快速掺混装置，其特征在于，包括环形安装壁(1)，所述环形安装壁(1)为中空的圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中国，丛红钏，韩沛东，卜学兵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：