本發(fā)明涉及燃燒室頭部、燃燒室及組織燃燒方法。

背景技術(shù)：

1、為了實(shí)現(xiàn)航空凈零碳排放，采用清潔能源氫作為動(dòng)力燃料。氫燃燒產(chǎn)物只有水，具有清潔、可再生的特點(diǎn)。相比于液態(tài)燃油，氫燃燒溫度更高，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，還具有更寬的穩(wěn)定工作范圍。同時(shí)，氫燃燒熱值約為航空煤油的3倍，在消耗等量的空氣時(shí)，可大幅降低氫的用量。

2、由于氫的理論燃燒溫度更高，更容易產(chǎn)生大量的污染物氮氧化合物(nox)。為了減少氫燃燒的nox排放，通常采用貧氫燃燒或富氫燃燒以使燃料/空氣比偏離化學(xué)恰當(dāng)比，進(jìn)而降低主燃區(qū)溫度。另外，氫燃燒不光具有爆炸范圍寬、威力大等危害，還將面臨自燃回火、易燃易爆等災(zāi)害性問題。因此，若把氫作為動(dòng)力裝置的唯一燃料，則需要設(shè)計(jì)一種氫燃料燃燒組織形式，以實(shí)現(xiàn)有效減排、穩(wěn)定和安全燃燒。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種燃燒室頭部。

2、本發(fā)明的另一目的是提供一種燃燒室。

3、本發(fā)明的又一目的是提供一種組織燃燒方法。

4、根據(jù)本發(fā)明一方面的一種燃燒室頭部，包括排氣側(cè)，所述排氣側(cè)包括：中心混合器，包括中心徑向壁和中心周向壁，所述中心周向壁圍繞所述中心徑向壁構(gòu)成中心腔室；環(huán)形混合器，環(huán)繞所述中心混合器，包括環(huán)形徑向壁、環(huán)形周向內(nèi)壁和環(huán)形周向外壁，所述環(huán)形周向外壁圍繞所述環(huán)形周向內(nèi)壁，所述環(huán)形周向外壁、所述環(huán)形周向內(nèi)壁圍繞所述環(huán)形徑向壁構(gòu)成環(huán)形腔室；其中，所述中心徑向壁和所述環(huán)形徑向壁設(shè)置有燃料孔，以向所述中心腔室和所述環(huán)形腔室噴射燃料；所述中心周向壁、所述環(huán)形周向內(nèi)壁和所述環(huán)形周向外壁設(shè)置空氣孔，以向所述中心腔室和所述環(huán)形腔室噴射空氣；所述空氣孔包括第一孔和第二孔，所述第一孔位于所述第二孔的軸向上游，所述第一孔噴射空氣區(qū)域?yàn)榈谝蝗紵齾^(qū)，所述第一燃燒區(qū)的當(dāng)量比大于1，所述第二孔噴射空氣區(qū)域?yàn)榈诙紵齾^(qū)，所述第二燃燒區(qū)的當(dāng)量比小于1。

5、本申請(qǐng)的技術(shù)方案通過設(shè)置第一孔、第二孔配合燃料孔，形成富氫燃燒區(qū)、貧氫燃燒區(qū)，降低燃燒區(qū)域溫度，從而減少nox排放。同時(shí)，空氣和氫氣的氣方式相對(duì)獨(dú)立，未進(jìn)行預(yù)先混合，而是采用擴(kuò)散燃燒，邊混合邊燃燒，保證火焰穩(wěn)定性，防止發(fā)生自燃、回火現(xiàn)象，降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。另外，富氫區(qū)和貧氫區(qū)都位于腔室內(nèi)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，縮短燃燒室頭部長度，可以減小應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)的空間尺寸，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，提升燃燒效率。

6、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述排氣側(cè)包括多個(gè)所述環(huán)形混合器，所述多個(gè)環(huán)形混合器與所述中心混合器同心，在徑向上由內(nèi)到外分布。

7、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一燃燒區(qū)的當(dāng)量比為1.5～2，所述第二燃燒區(qū)的當(dāng)量比為0.3～0.6。

8、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一孔的出氣端位于所述第一孔的進(jìn)氣端的軸向上游，所述第二孔的中心線垂直于所述第二孔所在的壁面。

9、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述燃料孔的中心線平行于所述燃燒室頭部的軸線，所述第一孔的中心線與所述燃料孔的中心線的夾角為20°～30°。

10、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)所述空氣孔沿周向均勻分布，所述空氣孔孔徑為0.8～1.5mm；所述中心周向壁包括10～15個(gè)所述第一孔和10～15個(gè)所述第二孔；所述環(huán)形周向內(nèi)壁和所述環(huán)形周向外壁均包括20～30個(gè)所述第一孔和20～30個(gè)所述第二孔。

11、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述中心徑向壁設(shè)置1個(gè)所述燃料孔，所述環(huán)形徑向壁設(shè)置20～30個(gè)周向均勻分布的所述燃料孔。

12、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述中心腔室的流通面積和所述環(huán)形腔室的流通面積從上游至下游逐漸增大。

13、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述燃燒室頭部還包括進(jìn)氣側(cè)，所述進(jìn)氣側(cè)包括：燃料管路，包括燃料總管及燃料分管；中心燃料室，所述中心燃料室的下游側(cè)與所述中心混合器的燃料孔流體的連通，所述中心燃料室的上游側(cè)與所述燃料總管流體的連通；環(huán)形燃料室，所述環(huán)形燃料室的下游端與所述環(huán)形混合器的燃料孔流體的連通，所述環(huán)形燃料室的上游端通過所述燃料分管與所述中心燃料室流體的連通。

14、在所述的燃燒室頭部的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述燃燒室頭部還包括殼體，所述殼體圍繞位于徑向外側(cè)的所述環(huán)形混合器，所述殼體的上游邊限定空氣的進(jìn)入?yún)^(qū)域，所述殼體的下游邊與所述環(huán)形周向外壁連接。

15、根據(jù)本發(fā)明另一方面的一種燃燒室，包括如上所述的燃燒室頭部。

16、根據(jù)本發(fā)明又一方面的一種組織燃燒方法，包括：獲取氫氣作為燃料，在燃燒室頭部的中心設(shè)置中心混合腔并在徑向由內(nèi)到外設(shè)置多個(gè)環(huán)形混合腔；

17、使氫氣通過所述中心混合腔的徑向壁的燃料孔噴出第一燃料流，通過所述環(huán)形混合腔的徑向壁的多個(gè)燃料孔噴出多條第二燃料流；使空氣通過所述中心混合腔的周向壁和所述多個(gè)環(huán)形混合腔的周向壁的多個(gè)第一空氣孔噴出多條第一空氣流，通過所述中心混合腔的周向壁和所述多個(gè)環(huán)形混合腔的周向壁的多個(gè)第二空氣孔噴出多條第二空氣流，所述第一空氣流位于所述第二空氣流的軸向上游；其中，所述第一燃料、所述多條第二燃料流分別與所述多條第一空氣流混合構(gòu)成多條第一混合流，所述多條第一混合流分別與所述多條第二空氣流混合構(gòu)成多條第二混合流，所述第一混合流的當(dāng)量比大于1，所述第二混合流的當(dāng)量比小于1；其中，所述多條第一混合流、所述多條第二混合流燃燒形成多個(gè)火焰，且所述多個(gè)火焰彼此聯(lián)通。

技術(shù)特征：

1.一種燃燒室頭部，其特征在于，包括排氣側(cè)，所述排氣側(cè)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述排氣側(cè)包括多個(gè)所述環(huán)形混合器，所述多個(gè)環(huán)形混合器與所述中心混合器同心，在徑向上由內(nèi)到外分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述第一燃燒區(qū)的當(dāng)量比為1.5～2，所述第二燃燒區(qū)的當(dāng)量比為0.3～0.6。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述第一孔的出氣端位于所述第一孔的進(jìn)氣端的軸向上游，所述第二孔的中心線垂直于所述第二孔所在的壁面。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述燃料孔的中心線平行于所述燃燒室頭部的軸線，所述第一孔的中心線與所述燃料孔的中心線的夾角為20°～30°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，多個(gè)所述空氣孔沿周向均勻分布，所述空氣孔孔徑為0.8～1.5mm；所述中心周向壁包括10～15個(gè)所述第一孔和10～15個(gè)所述第二孔；所述環(huán)形周向內(nèi)壁和所述環(huán)形周向外壁均包括20～30個(gè)所述第一孔和20～30個(gè)所述第二孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述中心徑向壁設(shè)置1個(gè)所述燃料孔，所述環(huán)形徑向壁設(shè)置20～30個(gè)周向均勻分布的所述燃料孔。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述中心腔室的流通面積和所述環(huán)形腔室的流通面積從上游至下游逐漸增大。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述燃燒室頭部還包括進(jìn)氣側(cè)，所述進(jìn)氣側(cè)包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒室頭部，其特征在于，所述燃燒室頭部還包括殼體，所述殼體圍繞位于徑向外側(cè)的所述環(huán)形混合器，所述殼體的上游邊限定空氣的進(jìn)入?yún)^(qū)域，所述殼體的下游邊與所述環(huán)形周向外壁連接。

11.一種燃燒室，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-10任意一項(xiàng)所述的燃燒室頭部。

12.一種組織燃燒方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及燃燒室頭部、燃燒室及組織燃燒方法。其中，燃燒室頭部包括排氣側(cè)，排氣側(cè)包括：中心混合器、環(huán)形混合器，環(huán)形混合器環(huán)繞中心混合器，包括徑向壁和周向壁；其中，徑向壁設(shè)置有燃料孔；周向壁設(shè)置空氣孔，空氣孔包括第一孔和第二孔，第一孔位于第二孔的軸向上游，第一孔噴射空氣區(qū)域?yàn)榈谝蝗紵齾^(qū)，第一燃燒區(qū)的當(dāng)量比大于1，第二孔噴射空氣區(qū)域?yàn)榈诙紵齾^(qū)，第二燃燒區(qū)的當(dāng)量比小于1。如此實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒、減少NOx排放。

技術(shù)研發(fā)人員：王晶,張漫,汪鑫,孟晟,王錚鈞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22