孔角度的大小在下面有算例作详细说明；孔间距与孔径尺寸决定附着在外表面的小涡结构的大小，孔间距过大形成的涡团状气膜层无法均匀稳定附着在外表面，孔间距过小，小涡结构之间相互干扰影响，也无法稳定附着在外表面。本发明中气膜孔7的开孔角度以径向中心线为分界，两侧气膜孔偏转一定角度，形成相向喷射，径向中心线位置气膜孔垂直稳定器底端面喷射。由于垂直喷射的气膜孔存在，与斜向气膜孔喷出冷却气相遇时，阻挡斜向气膜孔喷出的冷却气平稳蔓延，冷却气传播受到阻碍，破坏已形成的冷却气膜层，致使斜向气膜孔喷出的冷却气在稳定器正后方壁面出现小涡区，形成涡团状气膜层，加大冷却气膜层厚度，使燃烧高温区向后移动，同时冷却结构、内外压差、引气量的不同可以控制高温区与壁面之间的间隙大小，通过改变冷却结构、调节压差、冷气量，实现对燃烧区强度和燃烧稳定性的主动控制。
[0026]冷却气进入冷气腔I之中，首先燃油引管2在冷气的冲刷下，既保证了燃油喷射时易于蒸发的温度，又避免由于温度过高引起的喷嘴结焦，发生堵塞，解决稳定器一体化设计过程中的供油系统冷却问题。
[0027]冷却气会通过隔板4的冲击孔6冲击设有气膜孔7的外壳体的外表面，冲击作用后的冷却气在冲击冷却腔8之中，再由气膜孔7流出，形成的涡团状气膜附着在设有气膜孔7的外壳体外表面，隔绝高温区对稳定器的烧蚀。
[0028]本发明中主要采用气膜孔的垂直+相向喷射角度设计，使冷却气在气膜孔流出后，形成气膜层附着在外壁面，壁面涡团的出现加大气膜层的厚度的同时可以控制燃烧高温区与壁面之间的间隙，进一步隔离开高温区，使稳定器壁面得到更好的冷却保护。
[0029]本实施例是本发明的带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器的应用，在高温、高来流速的条件下，稳定组织燃烧的同时起到对火焰稳定器的冷却作用，保证稳定器壁面温度在材料承受范围内，供油系统的正常工作，保护稳定器避免高温烧蚀，主动控制回流燃烧区的轴向位置和尺度大小。
[0030]1、为验证本发明中带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器的性能，在二元方管中进行研究，带有新型冷却结构一体化设计的稳定器结构示意图，如图1所示;无冷却结构一体化设计的火焰稳定器结构示意图，与发明中的唯一区别在于无冷却结构，作为本发明中结构的对比验证，如图2所示；带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器二维示意图，如图3所示，其中径向中心线位置的气膜孔垂直喷射，两侧气膜孔的偏转角度可以调整，本实施例中仅以30°、60°为例进行初步对比，在方管二元模型中对本发明的带有新型冷却结构一体化设计的稳定器结构示意图进行了数值模拟计算。
[0031]2、三种模型下游的冷态速度场流线图
[0032]带有新型冷却结构(斜开孔30°)—体化设计的火焰稳定器冷态流场流线图，如图4所示，在稳定器正后方位置形成小涡附着在外壁面，形成气膜层保护稳定器外壁面免受烧蚀;带有新型冷却结构(斜开孔60°)—体化设计的火焰稳定器冷态流场流线图，如图5所示，与图4所示相比，斜开孔60°时外壁面附近的小涡团增大，会导致燃油卷入，达到化学恰当比发生着火，未达到壁面气膜层附着的冷却目的；无冷却结构的一体化设计火焰稳定器冷态流场流线图，如图6所示，作为流场对比的参考。
[0033]3、三种模型稳定器外壁面的温度分布等值线
[0034]带有新型冷却结构(斜开孔30°)—体化设计的火焰稳定器外壁面温度等值线，如图7所示，经冷却后，最低壁面温度降至1100K，最低温区出现在稳定器正后方外壁面的中间区域，由于此处的气膜孔为垂直喷射冷却气，完全冲散此处的高温燃气，故形成最低温区，且稳定器正后方的外壁面最高温度控制在1200K以下，达到设计目标；带有新型冷却结构(斜开孔60°) —体化设计的火焰稳定器外壁面温度等值线，如图8所示，与图7所示模型相比，最低温区也出现在稳定器正后方外壁面的中间区域，但最低温度降至1140K，最高温度控制在1240K以下，冷却效果差于图7所示模型;无冷却结构一体化设计的火焰稳定器外壁面温度等值线，如图9所示，未加冷却结构，壁面的平均温度在1450K，此模型的壁温计算，仅作为评定带有冷却结构模型冷却效果的参考。
[0035]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器，其特征在于:包括燃油引管(2)、燃油喷注孔(3)、隔板(4)以及外壳体(5)，所述隔板(4)位于外壳体(5)中以将外壳体(5)分隔成冷气腔(I)和冲击冷却腔(8)，所述燃油引管(2)位于冷气腔(I)中，所述燃油喷注孔(3)形成于外壳体(5)上与隔板(4)相垂直的外表面上，所述隔板(4)上形成有若干个冲击孔(6)，所述外壳体(5)上与隔板(4)相平行的外表面上形成有若干个气膜孔(7)。2.根据权利要求1所述的带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器，其特征在于:所述气膜孔(7)在外壳体(5)外表面上的排布方式选用阵列式排布。3.根据权利要求2所述的带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器，其特征在于:所述气膜孔(7)在外壳体(5)外表面上以径向中心线为分界，两侧的气膜孔偏转一定角度，形成相向喷射，径向中心线位置为垂直喷射。
【专利摘要】本发明公开了一种带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器，包括冷气腔、燃油引管、燃油喷注孔和隔板、外壳体及其冲击孔、冷却孔。上述的带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器，除了能够在不同工作条件下提供有利于火焰稳定的回流区外，还具有调节稳定器后回流区位置和尺度，及控制稳定器底端壁温的功能。从稳定器底端面冷却孔流出的冷却气一方面对壁面冷却，提高稳定器在高温燃气中的结构可靠性和工作寿命；另一方面可以通过调节冷却气压力及流量，控制回流区的轴向位置及回流区大小尺度，实现对稳定器下游燃烧特性的主动控制，提高在高温高速气流中的火焰稳定性能，抑制振荡燃烧。
【IPC分类】F23R3/20
【公开号】CN105650677
【申请号】
【发明人】赵世龙, 范育新, 吕浩杰
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月26日