一种超声速射流火焰稳定装置制造方法及图纸

一种超声速射流火焰稳定装置，包括主体，所述主体包括外壳体以及位于外壳体内部的超声速射流壳体，外壳体与超声速射流壳体之间的环形空间形成外预混腔，所述超声速射流壳体内设有内预混腔，所述超声速射流壳体的顶端连接有射流喷嘴，所述外壳体的顶端设有平面火焰燃烧器，平面火焰燃烧器的环形平面火焰炉盘固定在外壳体的顶端，且环形平面火焰炉盘的中心开设有供射流喷嘴伸出的通孔；所述外预混腔联通外供气通道，第一可燃气体经外供气通道进入外预混腔，为平面火焰燃烧器提供燃料。所述内预混腔联通内供气通道，第二可燃气体经内供气通道进入内预混腔预混后经射流喷嘴喷出。其具有结构简单、火焰质量高、干扰因素少的优点。

A Supersonic Jet Flame Stabilizer

A supersonic jet flame stabilization device includes a main body, which includes a shell and a supersonic jet shell located inside the shell. An outer premixing cavity is formed in the annular space between the shell and the supersonic jet shell. The inner premixing cavity is arranged in the supersonic jet shell. The top end of the supersonic jet shell is connected with a jet nozzle, and the top end of the shell body is connected with a jet nozzle. A flat flame burner is provided, and the annular flat flame hearth of the flat flame burner is fixed at the top of the outer shell, and the center of the annular flat flame hearth is provided with a through hole for the jet nozzle to extend; the outer premixed chamber is connected with an external air supply passage, and the first combustible gas enters the external premixed chamber through the external air supply passage to provide fuel for the flat flame burner. The inner premixing chamber is connected with an inner air supply channel, and the second combustible gas enters the inner premixing chamber through the inner air supply channel and then sprays out through a jet nozzle. It has the advantages of simple structure, high flame quality and few interference factors.

【技术实现步骤摘要】
一种超声速射流火焰稳定装置
本专利技术涉及一种应用于光学测量燃烧诊断
的超声速射流火焰稳定装置，尤其涉及一种利用低速伴燃火焰维持超声速射流火焰的稳定装置。
技术介绍
对超声速射流火焰结构的刻画有助于深入理解湍流与燃烧的相互作用规律，指导超燃冲压发动机的设计与优化，具有重要的科学研究意义和工程应用价值，越来越成为燃烧诊断领域的研究热点。但由于火焰传播速度较低，在超声速射流中很难稳定维持，因此设计一种火焰稳定装置是开展超声速射流火焰研究的前提。目前，维持超声速射流火焰稳定主要采用两种方法：加装凹腔；亚声速预燃烧。在超声速射流区域加装凹腔，能够形成一个亚声速回流区，火焰稳定维持在此低速区域内，进而引燃整个超声速射流。一种用于火焰稳定的凹腔构型，如图1所示，超声速射流在凹腔内部产生回流区，有助于火焰稳定。如图2所示，示出了凹腔结构在超声速射流中的一种安装方式。图2是一种并联凹腔模式的超声速燃烧室，通过上下并联两个凹腔1，合理进行凹腔1、燃料喷注点2以及高能火花塞3的布局，能够提高超声速射流燃烧效率，形成稳定的超声速射流火焰。利用此凹腔，能够实现超声速射流火焰的稳定燃烧。亚声速预燃烧方法：先让燃料与氧化剂部分预混，在燃烧室内燃烧产生富燃尾气，通过拉瓦尔喷管加速到超声速，再与超声速氧化剂混合燃烧，产生稳定的超声速射流火焰。论文(Bresson,A.,Bouchardy,P.,Magre,P.,Grisch,F.,OH/acetonePLIFandCARSthermometryinasupersonicreactivelayer,AIAAPaper2001-1759,AIAA/NAL-NASDA-ISASInternationalSpacePlanesandHypersonicSystemsandTechnologiesConference,10th,Kyoto,Japan,Apr.24-27,2001.)给出了一种预燃烧超声速射流火焰稳定装置，如图3所示。该装置利用拉瓦尔喷嘴上游的预燃烧，现将部分氧化剂通入燃料中进行预燃烧，然后将富燃尾气通过拉瓦尔喷嘴加速到超声速，并在下游与氧化剂混合继续燃烧，形成稳定的超声速射流火焰。但是，上述两种稳焰装置结构复杂，干扰因素多，并不适合于针对超声速射流火焰的基础实验研究。加装凹腔需要超声速射流处于封闭环境，虽然能够通过开窗进行观察测量，但由于开窗角度、数量的限制，仍会对光学测量产生一定的干扰和限制；另外，加装凹腔会使超声速流场结构更为复杂，引入过多的干扰因素，不利于开展针对性的研究。亚声速预燃烧装置需要提供一个预燃室及相应的冷却装置，结构较为复杂，不易实现；另外，富燃尾气成分较为复杂，不利于开展反应机理等方面的基础研究。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种超声速射流火焰稳定装置，其具有结构简单、火焰质量高、干扰因素少的优点。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超声速射流火焰稳定装置，包括主体，所述主体包括外壳体以及位于外壳体内部的超声速射流壳体，外壳体与超声速射流壳体之间的环形空间形成外预混腔，所述超声速射流壳体内设有内预混腔，所述超声速射流壳体的顶端连接有射流喷嘴，所述外壳体的顶端设有平面火焰燃烧器，平面火焰燃烧器的环形平面火焰炉盘固定在外壳体的顶端，且环形平面火焰炉盘的中心开设有供射流喷嘴伸出的通孔；所述外预混腔联通外供气通道，第一可燃气体经外供气通道进入外预混腔，为平面火焰燃烧器提供燃料。所述内预混腔联通内供气通道，第二可燃气体经内供气通道进入内预混腔预混后经射流喷嘴喷出。本专利技术中第一可燃气体和第二可燃气体可以采用同一种可燃气体，也可分别采用不同的可燃气体。本专利技术中：平面火焰燃烧器燃烧第一可燃气体产生低速稳定的环形平面火焰，进而在位于环形平面火焰炉盘中心的射流喷嘴外围形成一个环形的高温区域，利用高温将由射流喷嘴喷出的超声速射流引燃，同时平面火焰燃烧器燃烧产生的环形平面火焰能够隔绝外界冷空气，减小由于中心超声速射流导致的外界冷空气卷吸混合影响，使火焰能够一直稳定维持。本专利技术中：所述外壳体为筒状壳体，所述超声速射流壳体与外壳体的中心轴线重合。环形的外预混腔与内预混腔的中心轴线重合。本专利技术中：所述射流喷嘴的出口与平面火焰燃烧器的炉盘齐平或者略高于平面火焰燃烧器的炉盘。射流喷嘴略伸出平面火焰炉盘一点点，可以减小伴燃对中心射流的影响。优选地。射流喷嘴伸出环形平面炉盘的长度为1mm，这样可减小环形平面炉盘对中心高速射流的干扰。本专利技术中：射流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。射流喷嘴采用螺纹连接的方式安装在超声速射流壳体的顶端。这样可以根据实际情况需要，更换不同马赫数以及尺寸的喷嘴。本专利技术中：环形平面火焰炉盘通过螺栓连接的方式安装在外壳体的顶端，环形平面火焰炉盘与环形的外预混腔是相对应的。环形平面火焰炉盘的直径相对于射流喷嘴的出口直径要足够大，一般环形平面火焰炉盘的直径是射流喷嘴的出口直径的15倍以上，保证产生的高温区域能够尽量隔绝周围冷空气的影响。对于出口直径为3mm的射流喷嘴，对应的环形平面火焰炉盘的直径一般选择60-100mm，如选择70mm。本专利技术中在外预混腔内设置有镂空的隔板(即隔板上布设有许多供气体通过的通孔)，隔板上方搁置有不锈钢珠，保证预混气充分混合，同时防止回火。在内预混腔内设置有测压孔，利用压力表检测射流喷嘴的上游总压，以确定超声速射流工况。为保证本专利技术的可靠性，本装置其主体整体采用不锈钢材质。其主体可以采用不锈钢一体成型，也可以各组成部件分开制作后组装成型。与现有技术相比，本专利技术能够产生以下技术效果：本专利技术利用低速伴燃火焰，在超声速射流出口处提供一个持续高温区，引燃超声速射流预混气，同时隔绝外界冷空气，以实现超声速射流火焰的稳定燃烧。附图说明图1是一种凹腔结构示意图(长度单位：mm)；图2是一种并联凹腔模式的超声速燃烧室示意图(长度单位：mm)；图3是一种带预燃室的超声速燃烧稳定装置示意图；图4是本专利技术的结构示意图；图5是本专利技术的局部示意图；图6是本专利技术的射流喷嘴结构示意图；图7是利用本专利技术获得的超声速射流火焰图像(采用的可燃气体均为甲烷)。附图标记：1.凹腔；2.燃料喷注点；3.高能火花塞；4.外壳体；5.超声速射流壳体；6.外预混腔；7.内预混腔；8.射流喷嘴；9.平面火焰燃烧器；10.环形平面火焰炉盘；11.外供气通道；12.内供气通道；13.隔板。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的实施方式进行进一步的详细说明。参照图4，提供本专利技术的一具体实施例。一种超声速射流火焰稳定装置，包括采用不锈钢一体成型的主体，所述主体包括外壳体4以及位于外壳体4内部的超声速射流壳体5，外壳体4与超声速射流壳体5之间的环形空间形成外预混腔6。所述超声速射流壳体5内设有内预混腔7。所述超声速射流壳体5的顶端连接有射流喷嘴8，所述外壳体4的顶端设有平面火焰燃烧器9，平面火焰燃烧器9的环形平面火焰炉盘10固定在外壳体4的顶端，且环形平面火焰炉盘10的中心开设有供射流喷嘴8伸出的通孔。所述外预混腔6联通外供气通道11，第一可燃气体经外供气通道11进入外预混腔6，为平面火焰燃烧器9提供燃料。所述内预混腔7联通内供气通道12，第二可燃气体经内供气通道12进入内预混腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声速射流火焰稳定装置，包括主体，其特征在于：所述主体包括外壳体以及位于外壳体内部的超声速射流壳体，外壳体与超声速射流壳体之间的环形空间形成外预混腔，所述超声速射流壳体内设有内预混腔，所述超声速射流壳体的顶端连接有射流喷嘴，所述外壳体的顶端设有平面火焰燃烧器，平面火焰燃烧器的环形平面火焰炉盘固定在外壳体的顶端，且环形平面火焰炉盘的中心开设有供射流喷嘴伸出的通孔；所述外预混腔联通外供气通道，第一可燃气体经外供气通道进入外预混腔，为平面火焰燃烧器提供燃料；所述内预混腔联通内供气通道，第二可燃气体经内供气通道进入内预混腔预混后经射流喷嘴喷出。

【技术特征摘要】
1.一种超声速射流火焰稳定装置，包括主体，其特征在于：所述主体包括外壳体以及位于外壳体内部的超声速射流壳体，外壳体与超声速射流壳体之间的环形空间形成外预混腔，所述超声速射流壳体内设有内预混腔，所述超声速射流壳体的顶端连接有射流喷嘴，所述外壳体的顶端设有平面火焰燃烧器，平面火焰燃烧器的环形平面火焰炉盘固定在外壳体的顶端，且环形平面火焰炉盘的中心开设有供射流喷嘴伸出的通孔；所述外预混腔联通外供气通道，第一可燃气体经外供气通道进入外预混腔，为平面火焰燃烧器提供燃料；所述内预混腔联通内供气通道，第二可燃气体经内供气通道进入内预混腔预混后经射流喷嘴喷出。2.根据权利要求1所述的超声速射流火焰稳定装置，其特征在于：平面火焰燃烧器燃烧第一可燃气体产生低速稳定的环形平面火焰，进而在位于环形平面火焰炉盘中心的射流喷嘴外围形成一个环形的高温区域，利用高温将由射流喷嘴喷出的超声速射流引燃，同时平面火焰燃烧器燃烧产生的环形平面火焰能够隔绝外界冷空气，减小由于中心超声速射流导致的外界冷空气卷吸混合影响，使火焰能够一直稳定维持。3.根据权利要求1所述的超声速射流火焰稳定装置，其特征在于：所述外壳体为筒状壳体；所述超声速射流壳体与外壳体的中心轴线重合；环形的外预混腔与内预...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建国，吕良，陈春浩，张冬冬，李浩，王浩，刘瑶，姚霄，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43