一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天領(lǐng)域，尤其涉及低溫工作部件中的高溫差大流量混合裝置，具體涉及一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器。
【背景技術(shù)】
[0002]混合器廣泛應(yīng)用于日常生活、科研生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，如石油化工、航空航天及各類試驗(yàn)設(shè)備，用以強(qiáng)化混合、傳熱、吸收和多相反應(yīng)等工業(yè)操作過程?；旌掀鞯墓ぷ髟硎且揽拷M裝在內(nèi)部的混合單元作用，使兩種流體在混合器內(nèi)里流動(dòng)時(shí)相互摻混、換熱，在出口形成溫度統(tǒng)一、速度均勻的介質(zhì)。以航天產(chǎn)品為例，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為火箭系統(tǒng)的核心部件，其工作的高可靠性建立在燃料供給的高穩(wěn)定性基礎(chǔ)之上?，F(xiàn)有的混合器多采用內(nèi)部順排翼片結(jié)構(gòu)，即兩種流體在繞翼片流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生擾動(dòng)，發(fā)生分流、合流、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，促使兩種流體都達(dá)到良好的分散。由于翼片為順排方式，兩種流體湍流度低，混合、換熱不充分，出口速度、溫度均一性很難保證，不利于燃料穩(wěn)定均一的供給。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:改善現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的不足，解決混合器出口氣體溫度、速度不均勻的問題，提供一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上加強(qiáng)混合效果，保證燃料供給更加穩(wěn)定可靠。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，該混合器殼體一端為液體入口，另一端為出口 ；在液體入口內(nèi)部設(shè)置起旋器，起旋器的端部連接多孔擴(kuò)散器，多孔擴(kuò)散器的另一端連接多孔弧形擋板；在多孔擴(kuò)散器位置處的混合器殼體上開設(shè)氣體入口 ；在混合器殼體內(nèi)部中間處設(shè)置三組錯(cuò)排長翼片混合單元，每組錯(cuò)排長翼片混合單元由相互垂直的兩塊半圓型翼片組成，并且相鄰兩錯(cuò)排長翼片混合單元的翼片旋轉(zhuǎn)方向相反；工作時(shí)液體從液體入口進(jìn)入，流經(jīng)起旋器后一分為二，并以旋轉(zhuǎn)流入多孔擴(kuò)散器，氣體從氣體入口進(jìn)入，流經(jīng)多孔弧形擋板，氣體減速后與多孔擴(kuò)散器中流出的液體進(jìn)行擴(kuò)散混合，經(jīng)初步混合后的氣液依次進(jìn)入三組錯(cuò)排翼片混合單元，氣液被強(qiáng)制旋流并均分成兩股流體，并且氣液發(fā)生兩次流動(dòng)方向改變，湍流混合，最終形成溫度、成分均勻的混合物從出口流出。
[0005]如上所述的一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，其所述的多孔弧形擋板上開設(shè)若干排小孔。
[0006]本發(fā)明的顯著效果在于:本發(fā)明所述的低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，增加了入口起旋器，由單一的擴(kuò)散混合變?yōu)樾骰旌?，提高了兩種流體湍流度，強(qiáng)化了混合效果；增加了多孔擴(kuò)散器和弧形多孔擋板，提高了擴(kuò)散速度、延長了混合時(shí)間；更改了翼片排布方式及長度，增加了不規(guī)律擾動(dòng)，造成更大的湍流強(qiáng)度。同時(shí)，經(jīng)數(shù)值仿真預(yù)估及試驗(yàn)驗(yàn)證，出口壓力較入口壓力下降低于3%。所以稱之低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器。本發(fā)明的低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室頭部之前，用于兩路燃料的換熱、混合，形成溫度均一、速度穩(wěn)定的氣流，進(jìn)入推力室進(jìn)行燃燒。經(jīng)過多次熱試考核驗(yàn)證，技術(shù)可行，混合器出口溫度均勻度明顯提高，通過調(diào)節(jié)兩路流體流量，可實(shí)現(xiàn)出口溫度可調(diào)(±60°C )。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明所述的一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為多孔弧形擋板示意圖。
[0009]圖中:1.液體入口 ；2.起旋器；3.多孔擴(kuò)散器；4.氣體入口 ；5.多孔弧形擋板；6.錯(cuò)排翼片混合單元；7.出口。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0011]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，該混合器殼體一端為液體入口 1，另一端為出口 7 ;在液體入口 I內(nèi)部設(shè)置起旋器2，起旋器2的端部連接多孔擴(kuò)散器3，多孔擴(kuò)散器3的另一端連接多孔弧形擋板5 ;在多孔擴(kuò)散器3位置處的混合器殼體上開設(shè)氣體入口 4 ；
[0012]在混合器殼體內(nèi)部中間處設(shè)置三組錯(cuò)排長翼片混合單元6，每組錯(cuò)排長翼片混合單元6由相互垂直的兩塊半圓型翼片組成，并且相鄰兩錯(cuò)排長翼片混合單元6的翼片旋轉(zhuǎn)方向相反，增加了混合強(qiáng)度，提高了混合均勻性。
[0013]工作時(shí)液體從液體入口 I進(jìn)入，流經(jīng)起旋器2后一分為二，產(chǎn)生徑向旋轉(zhuǎn)速度，起旋后的兩股液體通過多孔擴(kuò)散器3上的小孔，加速擴(kuò)散；氣體從氣體入口 4進(jìn)入，流經(jīng)多孔弧形擋板5，氣體減速后與多孔擴(kuò)散器3中流出的液體進(jìn)行擴(kuò)散混合，經(jīng)初步混合后的氣液依次進(jìn)入三組錯(cuò)排翼片混合單元6，氣液被強(qiáng)制旋流并均分成兩股流體，并且氣液發(fā)生兩次流動(dòng)方向改變，湍流混合，最終形成溫度、成分均勻的混合物從出口 7流出。
[0014]如圖2所示，所述的多孔弧形擋板5上開設(shè)若干排小孔。所述的多孔弧形擋板，降低氣體流速，延長氣液混合時(shí)間并達(dá)到均流作用。
[0015]本發(fā)明所述的低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，解決了混合器出口均勻性不足的問題。首先，在混合器原有液體進(jìn)口增加起旋器2，通過起旋器2的作用使得液體旋轉(zhuǎn)、產(chǎn)生徑向速度；在起旋器2下游設(shè)置多孔擴(kuò)散器3，使得液體通過小孔時(shí)徑向流速進(jìn)一步增加，強(qiáng)化液體與氣體間擴(kuò)散混合；在氣體入口下游設(shè)置多孔弧形擋板，用以擾動(dòng)氣體，降低氣體流速，延長氣液混合時(shí)間，優(yōu)化摻混；將現(xiàn)有順排短翼片更改為錯(cuò)排長翼片，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提高流體湍流度。通過旋流、擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)兩種流體快速、均勻混合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，其特征在于:該混合器殼體一端為液體入口(I)，另一端為出口(7);在液體入口(I)內(nèi)部設(shè)置起旋器(2)，起旋器(2)的端部連接多孔擴(kuò)散器(3)，多孔擴(kuò)散器(3)的另一端連接多孔弧形擋板(5); 在多孔擴(kuò)散器(3)位置處的混合器殼體上開設(shè)氣體入口(4); 在混合器殼體內(nèi)部中間處設(shè)置三組錯(cuò)排長翼片混合單元￠)，每組錯(cuò)排長翼片混合單元(6)由相互垂直的兩塊半圓型翼片組成，并且相鄰兩錯(cuò)排長翼片混合單元￠)的翼片旋轉(zhuǎn)方向相反； 工作時(shí)液體從液體入口(I)進(jìn)入，流經(jīng)起旋器(2)后一分為二，并以旋轉(zhuǎn)流入多孔擴(kuò)散器(3)，氣體從氣體入口(4)進(jìn)入，流經(jīng)多孔弧形擋板(5)，氣體減速后與多孔擴(kuò)散器(3)中流出的液體進(jìn)行擴(kuò)散混合，經(jīng)初步混合后的氣液依次進(jìn)入三組錯(cuò)排翼片混合單元￠)，氣液被強(qiáng)制旋流并均分成兩股流體，并且氣液發(fā)生兩次流動(dòng)方向改變，湍流混合，最終形成溫度、成分均勻的混合物從出口(7)流出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，其特征在于:所述的多孔弧形擋板(5)上開設(shè)若干排小孔。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器，該混合器殼體一端為液體入口，另一端為出口；在液體入口內(nèi)部設(shè)置起旋器，起旋器的端部連接多孔擴(kuò)散器，多孔擴(kuò)散器的另一端連接多孔弧形擋板；在多孔擴(kuò)散器位置處的混合器殼體上開設(shè)氣體入口；在混合器殼體內(nèi)部中間處設(shè)置三組錯(cuò)排長翼片混合單元，每組錯(cuò)排長翼片混合單元由相互垂直的兩塊半圓型翼片組成，并且相鄰兩錯(cuò)排長翼片混合單元的翼片旋轉(zhuǎn)方向相反。本發(fā)明的低流阻旋流擴(kuò)散氣液混合器在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室頭部之前，用于兩路燃料的換熱、混合，形成溫度均一、速度穩(wěn)定的氣流，進(jìn)入推力室進(jìn)行燃燒。
【IPC分類】B01F5/06, B01F5/04, B01F3/04
【公開號(hào)】CN105327628
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510850067
【發(fā)明人】許曉勇, 王召, 田原, 劉紅珍, 丁兆波, 趙世紅, 王仙, 張晉博, 孫紀(jì)國, 于檳愷
【申請(qǐng)人】北京航天動(dòng)力研究所
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日