一種雙腔液膜微型液體燃燒器及其燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒器，尤其涉及一種雙腔液膜微型液體燃燒器及其燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微型設(shè)備的研制和使用日漸迅猛，不論是工業(yè)是微型機器人，軍事上微型無人機、微型火箭等裝備，還是民用中各種微型設(shè)備的普及，包括手機、平板等設(shè)備。從技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，設(shè)備微型化將有著巨大的發(fā)展前景。而目前主流的微型功能裝置主要是鋰電池，但它存在能量密度低(約1.2KJ/Kg)的不足。相較而言，典型液體碳氫化合物燃料的能量密度約為45MJ/Kg，因為如果能夠開發(fā)出高效、穩(wěn)定、安全的微型燃燒器，它的應用前景將非常廣闊。
[0003]但與傳統(tǒng)燃燒相比較，微尺度燃燒面臨諸多挑戰(zhàn)。首先是散熱損失大，微型燃燒器面體比是常規(guī)燃燒面體比的幾百倍，這意味著熱損失和產(chǎn)熱量之比要比常規(guī)燃燒器大兩個數(shù)量級。其次燃燒混合物停留時間短，由于微燃燒器的尺度過小，燃燒在通道內(nèi)時間過短。接著是壁面淬熄，燃燒器尺度過小會提高反應自由基與壁面碰撞而銷毀的可能性，因此而導致火焰淬熄。最后是材料方面的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種的雙腔液膜微型液體燃燒器及其燃燒方法。解決現(xiàn)有燃燒器燃料燃燒不充分、不穩(wěn)定、火焰容易淬熄、燃燒效率低等技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種雙腔液膜微型液體燃燒器，包括燃燒筒、設(shè)置在燃燒筒底部的燃料噴嘴8、用于點燃燃燒筒內(nèi)燃料的點火器11;
[0007]所述燃燒筒分為外筒6和內(nèi)筒7，內(nèi)筒7置于外筒6內(nèi)，內(nèi)筒7的外壁與外筒6的內(nèi)壁之間具有間隙；
[0008]所述內(nèi)筒7和外筒6的上端口設(shè)置有上端蓋12，外筒6的下端口設(shè)置有下端蓋13，所述外筒6上部側(cè)壁設(shè)置有空氣入口管I，空氣入口管I的側(cè)壁上設(shè)有燃料入口 3 ；
[0009]所述內(nèi)筒7的中部側(cè)壁沿圓周方向間隔開設(shè)有多個一次通風孔5-1，內(nèi)筒7的下端口設(shè)有二次通風口 5-2，在一次通風孔5-1的上方設(shè)置有網(wǎng)格9，網(wǎng)格9上方為燃燒室2 ;
[0010]由空氣入口管I進入的空氣驅(qū)動來自燃料入口3的液體燃料，以旋流的方式進入內(nèi)筒7的外壁與外筒6的內(nèi)壁之間的間隙內(nèi)，使液體燃料形成液膜4附著在內(nèi)筒7的外壁上，隨著空氣的流動使內(nèi)筒7外壁上的液膜不斷的蒸發(fā)，使之與空氣形成混合氣體，該混合氣體一部分從一次通風孔5-1進入內(nèi)筒7內(nèi)，另一部分從內(nèi)筒7下端口的二次通風口 5-2自下而上進入內(nèi)筒7內(nèi)。
[0011]所述一次通風孔5-1進入內(nèi)筒7內(nèi)的混合氣體與二次通風口 5-2進入內(nèi)筒7內(nèi)的混合氣體，兩者的氣流方向相互垂直。
[0012]所述內(nèi)筒7的下端口與下端蓋13不接觸；由一次通風孔5-1進入內(nèi)筒7內(nèi)的混合氣體為徑向進入，二次通風口 5-2進入內(nèi)筒7內(nèi)的混合氣體為軸向進入。
[0013]所述空氣入口管I的氣流方向與燃料入口 3的液流方向相互垂直；所述燃料噴嘴8連接直流電源正極，網(wǎng)格接負極。
[0014]所述內(nèi)筒7的外壁表面為非光滑表面。
[0015]所述上端蓋12的中部開設(shè)有尾氣排出口 10。
[0016]所述燃料噴嘴8穿過下端蓋13伸入內(nèi)筒7的內(nèi)部、一次通風孔5-1的下方；所述燃料噴嘴8由一根或多根毛細管構(gòu)成。
[0017]所述外筒6上部設(shè)有透明觀察壁14。
[0018]所述內(nèi)筒7的下端口與下端蓋13之間的距離為I?2mm。
[0019]上述雙腔液膜微型液體燃燒器的燃燒方法如下:
[0020]接通燃料噴嘴8及網(wǎng)格9的直流電源，燃料噴嘴8噴出液體燃料并形成射流區(qū)，發(fā)生破裂形成霧液后被網(wǎng)格9捕獲；
[0021]由空氣入口管I進入的空氣驅(qū)動來自燃料入口3的液體燃料，以旋流的方式進入內(nèi)筒7的外壁與外筒6的內(nèi)壁之間的間隙內(nèi)，在旋流的作用下使液體燃料形成液膜4附著在內(nèi)筒7的外壁面；
[0022]隨著空氣的流動及燃燒室內(nèi)燃料的燃燒，使附著在內(nèi)筒7外壁面的液膜4被加熱并不斷的蒸發(fā)，使之與空氣在內(nèi)筒7的外壁與外筒6的內(nèi)壁之間的間隙內(nèi)被加熱，形成混合氣體；
[0023]被加熱后的混合氣體一部分從一次通風孔5-1徑向進入內(nèi)筒7內(nèi)，另一部分從內(nèi)筒7下端口的二次通風口 5-2自下而上軸向進入內(nèi)筒7內(nèi)；接著，被加熱后的混合氣體經(jīng)過網(wǎng)格9后，實現(xiàn)液體燃料在網(wǎng)格9上方的燃燒室2內(nèi)穩(wěn)定的擴散燃燒，燃燒后的廢氣由尾氣排出口 10排出。
[0024]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，至少具有如下的優(yōu)點及效果:
[0025](I)針對目前微尺度燃燒存在的種種問題，本燃燒器采用由內(nèi)筒7與外筒6構(gòu)成的雙腔加液膜結(jié)構(gòu)，在旋流空氣的帶動下，液體燃料以液膜的形式附著在內(nèi)筒(燃燒室)外壁表面，吸收高溫燃燒產(chǎn)物傳遞過來的大量熱量，隨著液膜的蒸發(fā)，不但可以冷卻燃燒器壁面，減少壁面散熱損失；而且能夠利用火焰的熱量使液膜蒸發(fā)。采用二次通風結(jié)構(gòu)，能夠增加網(wǎng)格上液體的蒸發(fā)速度，尤其適用于較難蒸發(fā)的液體燃燒，例如航空油等，降低了燃燒器淬熄的可能性，提高燃燒器整體燃燒效率。
[0026](2)液膜蒸發(fā)的可燃性蒸氣與空氣在內(nèi)筒外壁與外筒內(nèi)壁之間的間隙內(nèi)形成旋流，使可燃性蒸氣與空氣混合更充分，可燃性蒸氣與空氣混合后并被加熱，穩(wěn)定性顯著提高；相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用單一荷電霧化下液體燃燒時，網(wǎng)格上液體燃料氣化不夠充分的情況，尤其是對高粘度液體燃料如航空油，本燃燒器顯然能夠有效地增加火焰穩(wěn)定性和易燃性。
[0027](3)在網(wǎng)格下處的一次通風孔，初步增加了網(wǎng)格上液滴的進一步氣化，尤其液體燃燒是高粘度、不易氣化的燃料，例如航空燃油等。同時，一次通風孔進入內(nèi)筒內(nèi)的混合氣體與二次通風口進入內(nèi)筒內(nèi)的混合氣體，兩者的氣流方向相互垂直，也將進更進一步增加空氣流的擾動，二者共同作用下達到進而強化燃燒的目的。
[0028](4)采用燃料噴嘴及網(wǎng)格連接高壓直流，構(gòu)成荷電霧化，能夠有效增加液體噴霧的霧化效果，對穩(wěn)燃和強化有明顯效果。
[0029](5)外筒具有透明觀察壁，更加方便觀察液膜，實時控制液膜厚度。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為圖1沿A-A剖面示意圖。
[0032]圖3為圖1沿B-B剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0034]實施例
[0035]如圖1至3所示。本發(fā)明一種雙腔液膜微型液體燃燒器，包括燃燒筒、設(shè)置在燃燒筒底部的燃料噴嘴8、用于點燃燃燒筒內(nèi)燃料的點火器11 ；
[0036]所述燃燒筒分為外筒6和內(nèi)筒7，內(nèi)筒7置于外筒6內(nèi)，內(nèi)筒7的外壁與外筒6的內(nèi)壁之間具有間隙；外筒6和內(nèi)筒7均采用陶瓷材料。
[0037]所述內(nèi)筒7和外筒6的上端口設(shè)置有上端蓋12，外筒6的下端口設(shè)置有下端蓋13，所述外筒6上部側(cè)壁設(shè)置有空氣入口管I，空氣入口管I的側(cè)壁上設(shè)有燃料入口 3 ;空氣入口管I為不銹鋼圓管，半徑0.5?1mm，長度I?2mm。燃料入口 3開口大小為半徑0.3mm的圓形狀。
[0038]所述內(nèi)筒7的中部側(cè)壁沿圓周方向間隔開設(shè)有多個一次通風孔5-1 (直徑為
0.5?1mm)，內(nèi)筒7的下端口設(shè)有二次通風口 5_2，在一次通風孔5_1的上方設(shè)置有網(wǎng)格9，網(wǎng)格9上方為燃燒室2 ;網(wǎng)格9為圓形平板，采用不銹鋼材料，半徑4_，與內(nèi)筒7半徑相同，厚度0.2?0.4mm之間。網(wǎng)格9為金屬絲制成，并經(jīng)過粗糙化處理。
[0039]由空氣入口管I進入的空氣驅(qū)動來自燃料入口3