湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统，包括：射流火焰生成装置、撞壁面、径向开合组件、平台支架和中控机；射流火焰生成装置用于生成射流火焰；撞壁面设置在射流火焰生成装置的射流火焰喷射方向的延长线上，且射流火焰生成装置生成的射流火焰能够喷射至撞壁面；径向开合组件设置在射流火焰生成装置与撞壁面之间，射流火焰生成装置生成的射流火焰经过径向开合组件时，通过径向开合组件的开合，形成湍流火焰；平台支架与径向开合组件连接；中控机用于控制径向开合组件的开合速度和方向，获取湍流火焰与壁面瞬时反应的实验数据。本实用新型专利技术测量结果可靠，实验数据为现代燃烧动力装置燃烧性能与结构设计改进提供重要参考。

Visual experimental system for instantaneous response of turbulent flame to wall

【技术实现步骤摘要】
湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统
本技术涉及燃烧
，尤其涉及一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统。
技术介绍
在当代燃烧装置的设计与测试过程中，由于燃烧器尺寸的限制，火焰与壁面的相互作用是一个需要重点考量的因素。首先，火焰在到达壁面附近时会产生淬熄现象，在近壁区域产生热量损失，对壁面形成热应力，同时不同的壁面热力学条件也会直接影响火焰的淬熄距离等特性；其次，由于壁面附近热量的损失，造成不完全燃烧，使一氧化碳、碳氢化合物及碳烟等污染物排放增多；最后，在实际燃烧装置中，燃烧火焰大部分为多尺度的湍流火焰，壁面的存在会影响湍流场的分布和燃烧过程中湍流与化学反应的相互作用等。因此，深入理解火焰与壁面相互作用的机理可以为燃烧装置的优化设计提供必要的燃烧理论支撑。但在实际燃烧器的燃烧过程中，由于火焰与壁面反应的高速瞬时特性(5毫秒以内或更小量级的时间尺度)，使得一般的实验手段难以有效测量瞬时时刻内的反应过程而无法获取正确的结果，因此，在数值模拟过程中所提出的反应模型无法得到验证。另一个问题是近壁区域湍流场由大尺度流动演变为复杂运动的小尺度涡，现有的测量装置很少能准确对其进行测量分析，而小尺度涡在壁面附近对燃烧化学反应速率有着直接的影响，对近壁区域湍流-化学反应相互影响过程的定量测量仍是一项具有挑战性的工作。此外，在活塞式燃烧动力装置中，缸套及活塞头部等壁面往往附着一层润滑油膜及燃油喷射撞壁形成的燃油膜，形成湿壁面的现象，油膜的存在势必会对近壁区域混合气浓度、化学反应速率及壁面传热等造成一定的影响。现阶段，由于实际燃烧装置内湍流火焰与壁面的瞬时反应过程十分复杂，进行直接的可视化测量难度较大，因而设计一套简易有效的测量平台十分必要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术提供了一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统，包括：射流火焰生成装置，用于生成射流火焰；撞壁面，设置在射流火焰生成装置的射流火焰喷射方向的延长线上，且射流火焰生成装置生成的射流火焰能够喷射至撞壁面；径向开合组件，设置在射流火焰生成装置与撞壁面之间，射流火焰生成装置生成的射流火焰经过径向开合组件时，通过径向开合组件的开合，形成湍流火焰；平台支架，与径向开合组件连接；中控机，用于控制径向开合组件的开合速度和方向，获取湍流火焰与壁面瞬时反应的实验数据。在本技术的一些实施例中，径向开合组件包括：固定盘，为中空结构，固定盘设有一开口；固定盘上设有定向槽；转动盘，设置在固定盘内，且与固定盘同轴相连；转动盘上设有沟槽；连接齿轮，连接齿轮设置在固定盘的开口处，且与转动盘相连；电机齿轮，电机齿轮与连接齿轮相连；中控机控制电机的转速与转向进而驱动电机齿轮转动；转动叶片，转动叶片第一表面上设有第一固定销，第一固定销设置在转动盘的沟槽内；转动叶片的第二表面上设有第二固定销，第二固定销设置在固定盘的定向槽内。在本技术的一些实施例中，射流火焰生成装置包括：燃料储气瓶；空气储存罐；混合腔，燃料储气瓶和空气储存罐分别通过进气管路与混合腔相连，在混合腔进行燃料预混；进气管路上设置有截止阀门；混合腔出口处设有出气阀门；混合气传播管，混合气传播管一端与混合腔出口通过连接管路相连；火焰出口端帽，混合气传播管另一端与火焰出口端帽相连；点火器，安装在火焰出口端帽上。在本技术的一些实施例中，还包括：瞬时温度传感器，瞬时温度传感器设置在撞壁面的表面和/或内嵌在撞壁面内，采集壁面的温度变化信号；温度信号放大器，将瞬时温度传感器采集的温度变化信号通过温度信号放大器传输至中控机；流速测量传感器，采集混合气体的流速信号；流速信号放大器，将流速测量传感器采集的流速信号通过流速信号放大器传输至中控机；激光发射器，中控机控制激光发射器开闭形成激光片光源；摄像装置，用于记录湍流火焰与壁面瞬时反应的实验过程。在本技术的一些实施例中，转动叶片的个数为8片，固定盘上设置的定向槽个数为8个，转动盘上设置的沟槽为八边形沟槽。在本技术的一些实施例中，撞壁面通过连杆固定在平台支架上，撞壁面与连杆铰接相连。在本技术的一些实施例中，撞壁面内部为空腔结构，且在撞壁面内腔设置有循环冷却装置。在本技术的一些实施例中，射流火焰生成装置还包括：流量控制装置，设置在燃料储气瓶与混合腔相连的进气管路上和/或空气储存罐与混合腔相连的进气管路上；空气除湿器，设置在空气储存罐与混合腔相连的进气管路上。在本技术的一些实施例中，射流火焰生成装置还包括：蜂窝导流板，设置在混合腔内。在本技术的一些实施例中，混合气传播管上还包括：连接套筒，套设在混合气传播管上，连接套筒与平台支架通过固定杆连接；孔板套筒，套设在混合气传播管上，以调节火焰射流速度和防止火焰回流。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)径向开合叶片组件能够在可调范围内迅速开闭，以生成瞬时撞壁火焰。(2)摄像机、激光发射器等可视化设备，可以测量小的时间尺度内火焰与壁面及油膜反应过程，对近壁面区域的速度、温度和浓度分布规律等进行全面分析。(3)本技术操作简便，测量结果可靠，其获得的实验数据能够为现代燃烧动力装置燃烧性能与结构设计的改进提供重要参考。附图说明图1为本技术实施例湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统的结构示意图。图2为图1中径向开合组件的结构示意图。图3a为图2径向开合组件转动叶片闭合状态示意图。图3b为图2径向开合组件转动叶片张开状态示意图。图3c为图2径向开合组件转动叶片张开状态示意图。【附图中本技术实施例主要元件符号说明】1-火焰出口端帽；2-流速测量传感器；3-孔板套筒；4-固定杆；5-连接端帽；6-混合气传播管；7-连接套筒；8-连接管路；9-出气阀门；10-压力表；11-平台支架；12-蜂窝导流板；13-混合腔；14，34-流量控制装置；15，32-截止阀门；16-燃料储气瓶；17，24-控制面板；18-激光发射器；19-同步器；20-撞壁面；21-瞬时温度传感器；22-温度信号放大器；23-中控机；25-空气压缩机；26-摄像装置；27-电机齿轮；29-电机；30-流速信号放大器；31-空气储存罐；33-空气除湿器；35-径向开合组件；36-瞬时湍流火焰；37-转动盘；38-固定盘；39-点火器；40-定向槽；41-连接齿轮；42-转动叶片；43-沟槽。具体实施方式本技术提供了一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统，包括：射流火焰生成装置、撞壁面、径向开合组件、平台支架和中控机；射流火焰生成装置用于生成射流火焰；撞壁面设置在射流火焰生成装置的射流火焰喷射方向的延长线上，且射流火焰生成装置生成的射流火焰能够喷射至撞壁面；径向开合组件设置在射流火焰生成装置与撞壁面之间，射流火焰生成装置生成的射流火焰经过径向开合组件时，通过径向开合组件的开合，形成湍流火焰；平台支架与径向开合组件连接；中控机用于控制径向开合组件的开合速度和方向，获取湍流火焰与壁面瞬时反应的实验数据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统，其特征在于，包括：射流火焰生成装置，用于生成射流火焰；撞壁面，设置在所述射流火焰生成装置的射流火焰喷射方向的延长线上，且所述射流火焰生成装置生成的射流火焰能够喷射至所述撞壁面；径向开合组件，设置在所述射流火焰生成装置与所述撞壁面之间，所述射流火焰生成装置生成的射流火焰经过所述径向开合组件时，通过所述径向开合组件的开合，形成湍流火焰；平台支架，与所述径向开合组件连接；中控机，用于控制径向开合组件的开合速度和方向，获取湍流火焰与壁面瞬时反应的实验数据。

【技术特征摘要】
1.一种湍流火焰与壁面瞬时反应的可视化实验系统，其特征在于，包括：射流火焰生成装置，用于生成射流火焰；撞壁面，设置在所述射流火焰生成装置的射流火焰喷射方向的延长线上，且所述射流火焰生成装置生成的射流火焰能够喷射至所述撞壁面；径向开合组件，设置在所述射流火焰生成装置与所述撞壁面之间，所述射流火焰生成装置生成的射流火焰经过所述径向开合组件时，通过所述径向开合组件的开合，形成湍流火焰；平台支架，与所述径向开合组件连接；中控机，用于控制径向开合组件的开合速度和方向，获取湍流火焰与壁面瞬时反应的实验数据。2.根据权利要求1所述的可视化实验系统，其特征在于，所述径向开合组件，包括：固定盘，为中空结构，所述固定盘设有一开口；所述固定盘上设有定向槽；转动盘，设置在所述固定盘内，且与所述固定盘同轴相连；所述转动盘上设有沟槽；连接齿轮，所述连接齿轮设置在所述固定盘的开口处，且与所述转动盘相连；电机齿轮，所述电机齿轮与所述连接齿轮相连；中控机控制电机的转速与转向进而驱动电机齿轮转动；转动叶片，所述转动叶片第一表面上设有第一固定销，所述第一固定销设置在所述转动盘的沟槽内；所述转动叶片的第二表面上设有第二固定销，所述第二固定销设置在所述固定盘的定向槽内。3.根据权利要求1所述的可视化实验系统，其特征在于，所述射流火焰生成装置，包括：燃料储气瓶；空气储存罐；混合腔，所述燃料储气瓶和空气储存罐分别通过进气管路与所述混合腔相连，在所述混合腔进行燃料预混；所述进气管路上设置有截止阀门；所述混合腔出口处设有出气阀门；混合气传播管，所述混合气传播管一端与所述混合腔出口通过连接管路相连；火焰出口端帽，所述混合气传播管另一端与火焰出口端帽相连；点火器，安装在所述火焰出口端...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁兴雨，张洪升，舒歌群，王月森，王亚军，田华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12