ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F23Q13/00 

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к средствам воспламенения двухкомпонентных, в том числе и двухфазных, смесей, и может быть применено для воспламенения топлива в различных тепловых машинах.

Известен электрический нагревательный элемент, содержащий стержень с надетой на него спиралью, выполненной из специальной стали. Недостатком такого нагревательного элемента является невысокая надежность его работы из-за перегорания спирали, а также большие затраты электрической энергии для нагрева такой спирали до t 1000^oС ("Свечи для зажигания дизелей" ВИНТИ ТАСС N 6, 1984 г.).

Известен также газодинамический нагреватель, содержащий сопло и соосно расположенный с ним резонатор, камеру с диффузором, примыкающую к соплу и резонатору [1]
Недостатком такого нагревателя является большой расход рабочего тела - воздуха, потребляемого для нагрева глухого торца резонатора. Вследствие этого сдерживается его широкое внедрение, т.к. необходим большой запас сжатого воздуха.

Целью данного изобретения является повышение КПД нагревателя или снижение расхода газа (воздуха) без ухудшения его КПД.

Указанная цель достигается тем, что у газодинамического нагревателя, содержащего звуковое сопло и соосно с ним закрепленный резонатор, сопло снабжено расширяющейся сверхзвуковой частью.

На чертеже изображено продольное сечение газодинамического нагревателя.

Газодинамический нагреватель содержит сопло 1 с расширяющейся сверхзвуковой частью, на некотором удалении соосно с ним закреплен резонатор 2.

Газодинамический нагреватель работает следующим образом: Сжатый газ (воздух) разгоняется в сверхзвуковом сопле 1. При определенном расстоянии между соплом и резонатором внутри резонатора возбуждаются высокочастотные ударные волны и на входе резонатора прямой скачок уплотнения (диск Маха) начинает колебаться с высокой частотой. Взаимодействие ударных волн и высокочастотные колебания газа внутри резонатора приводят к повышению температуры газа в глухом конце резонатора. От разогретого газа нагреваются стенки резонатора.

Снижение расхода газа достигается путем уменьшения диаметра критического (проходного) сечения сверхзвукового сопла, который определяется по формуле М 0,4 Ро Fкp/ Т, где Ро давление на входе в сопло, Fкр проходное сечение сопла, Т -температура газа Из формулы видно, что чем меньше площадь критического сечения сопла, тем меньше расход газа. А поддержание на постоянном уровне интенсивности нагрева резонатора достигается тем, что при установке сверхзвукового сопла скорость истекающей струи газа возрастает T/ΔT = 2(M-1)(K-1)/(K+1), где ΔT повышение температуры газа, Т температура газа до ударной волны, К коэффициент адиабаты, М число Маха до скачка уплотнения. Из формулы видно, что нагрев газа прямо пропорционально зависит от скорости истекающей из сверхзвукового сопла струи газа.

Известно, что при истекании из сопла струи за срезом сопла образуется периодическая система скачков уплотнения, так называемые "бочки". Настройка газодинамического нагревателя ведется на первую "бочку", т.е. диск Маха (прямой скачок) должен находиться на входе в резонатор. Кроме того, диск Маха по габаритам должен перекрывать входной диаметр резонатора, т.е. выходной диаметр сопла должен быть Da 0.5Dp, где Da выходной диаметр сопла, Dp - входной диаметр резонатора.

По сравнению с прототипом в предлагаемом нагревателе достигается уменьшение расхода газа без снижения его КПД.

Экономический эффект складывается из технических характеристик нагревателя. Так как уменьшен расход газа в несколько раз, отпадает необходимость накопления большого запаса сжатого газа. Для нормальной работы газодинамического нагревателя достаточен штатный баллон (емкость 10-20 литров).

Изобретение может найти применение в стендовых установках, в камерах сгорании ДВС.

Использование: в устройствах для воспламенения двухкомпонентных, в том числе двухфазных, систем. Сущность изобретения: газодинамический нагреватель содержит сопло, снабженное расширяющейся сверхзвуковой частью. Сжатый газ разгоняется в сверхзвуковом сопле и направляется в резонатор, внутри которого возникают высокочастотные ударные волны. При этом глухой конец резонатора разгорается до высокой температуры и воспламеняет горючую смесь. 1 ил.

Газодинамический нагреватель, содержащий сопло и соосно закрепленный резонатор, отличающийся тем, что сопло снабжено расширяющейся сверхзвуковой частью.