一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器制造技术

一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，包括燃料空气供给及混合装置、产生多尺度可控流场的多层孔板装置。整个装置采用垂直布置方式，工作时空气和燃料通过进气管进入，经过碰撞板和烧结金属多孔材料可以有效充分预混，同时防止回火，随后预混气通过湍流产生孔板形成可控流场，最终在出口点火形成稳定可控流场的预混湍流火焰。该装置的湍流产生孔板采用四层设计，可根据实际需求设计单层或多层孔板组合，从而产生所需的不同强度和尺度湍流场。装置能达到极佳的湍流控制效果，结构紧凑、便于加工、工作安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器
本专利技术涉及一种实验用可控流场湍流燃烧器，特别是一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器。
技术介绍
湍流燃烧是各类工业燃烧器中能量转换的核心过程，而可控湍流燃烧一直都是发动机技术的重点问题。湍流和燃烧的相互作用，能够决定火焰的结构和分布，进而影响回火、吹熄、局部熄火、再着火等现象，从而决定发动机的燃烧组织效果及性能。因此，研究湍流和火焰相互作用机理十分重要，能在一定程度上帮助理解和实现可控、稳定和清洁高效燃烧。目前，可控的湍流强度和湍流尺度对湍流燃烧速度及火焰面结构影响的实验研究十分匮乏，且相互不一致，无法支持湍流与火焰作用机理的研究和湍流燃烧模型的验证发展。研究发现，预混湍流燃烧实验结果强烈依赖燃烧器的几何结构，导致不同结构的燃烧器得到的实验结果不一致。此外，由于湍流强度和尺度参数相互影响和制约，精准的控制变量难以实现。因此，有目标导向的、且能实现控制变量的湍流燃烧实验研究，远比计算难实现，导致相关的实验数据缺乏，难以支撑理论发展和模型验证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，目的是提供一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器。为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案是：一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，包括燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件；顶端部件用于维持可燃预混合气稳定燃烧，顶端部件与其上游的湍流产生部件相连，湍流产生部件与底端燃料及空气流入掺混装置连接。本专利技术进一步的改进在于，燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件的材料为黄铜、不锈钢或钛等金属材料。本专利技术进一步的改进在于，所述的顶端部件包括设置在腔体顶部的冷却件，冷却件上开设有主火焰出口和伴生火焰出口；主火焰出口周围设置有环形伴生火焰出口。本专利技术进一步的改进在于，伴生火焰出口周围设置有用于对伴生火焰出口进行冷却的水循环冷却结构。本专利技术进一步的改进在于，所述燃料及空气流入掺混装置包括渐缩形腔体，腔体底部设置有底座，底座上开设有进气通道，底座上设置有支撑件，支撑件上设置有碰撞板，腔体内设置有若干烧结金属多孔板；烧结金属多孔板位于碰撞板上方；碰撞板设置在进气通道正上方。本专利技术进一步的改进在于，支撑件与碰撞板为一体结构，支撑件高度为3-5cm。本专利技术进一步的改进在于，进气通道通过螺纹与混合气进气管连接，并通过内层密封垫圈进行密封。本专利技术进一步的改进在于，所述湍流产生部件为孔板式结构，湍流产生部件为用于补偿高度的圆环或者湍流产生部件为一层或多层金属孔板，并设置在主火焰出口上游。本专利技术进一步的改进在于，金属孔板的开孔形式为圆孔形孔板或狭缝形孔板，开孔方向均和孔板轴线方向一致，孔分布均呈轴对称。本专利技术进一步的改进在于，圆孔形孔板的开孔比为37％-64％，狭缝形孔板的开孔比为17％到52％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.该装置通过设置燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件；顶端部件用于维持可燃预混合气稳定燃烧，顶端部件与其上游的湍流产生部件相连，湍流产生部件与底端燃料及空气流入掺混装置连接；可用于研究湍流燃烧对燃烧器的几何依赖特性，进而明晰几何结构参数和“记忆效应”对流场和火焰的影响；2.该装置能实现宽广范围内的一定程度的湍流流场控制变量。通过改变孔板的类型，使湍流强度范围显著扩展；通过设计和改变孔板类型、孔板层数、孔板的相对位置以及最上层孔板距离本生灯出口的距离，产生了多种可控流场，用于研究宽广范围内的燃烧器的几何依赖特性和“记忆效应”。附图说明图1为本专利技术的带有可控湍流产生装置可用于预混湍流燃烧现象研究的湍流燃烧器的结构示意图。图2为圆孔形孔板的结构示意图，其中，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)为五种不同的分布方式和开孔比。图3为狭缝形孔板的结构示意图，其中，(a)、(b)、(c)、(d)为四种不同的狭缝开角示意图。图中，1为主火焰出口，2为伴生火焰出口，3为金属孔板，4为放置金属孔板的位置，5为烧结金属多孔板，6为碰撞板，7为进气通道。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施实例，所示实例在附图中列出。附图描述的实例仅仅是示例性的，仅仅用于解释此专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术旨在研究多尺度可控湍流的产生和可控尺度的预混湍流燃烧现象，解决了现有的湍流燃烧试验台装置中的缺陷和不足，提供了一种有目标导向的、且能实现控制变量的湍流燃烧器装置。如图1所示，本专利技术的可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，包括燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件；顶端部件用于维持可燃预混合气稳定燃烧，顶端部件与其上游的湍流产生部件相连，湍流产生部件与底端燃料及空气流入掺混装置连接。燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件的材料为黄铜、不锈钢或钛等金属材料。所述的顶端部件包括设置在腔体顶部的冷却件，冷却件上开设有主火焰出口1和伴生火焰出口2；主火焰出口1周围设置有环形伴生火焰出口2，一般通入氢气等可燃气体扩散燃烧，也可以采用燃料/空气预混燃烧，用于辅助点火、防止主火焰吹熄、营造绝热氛围等；伴生火焰出口2周围设置有用于对伴生火焰出口2进行冷却的水循环冷却结构。所述水循环冷却结构具体为：在伴生火焰出口2处设置有冷却水循环通道，在伴生火焰出口2周围通入冷却水，用于防止伴生火焰出口2处温度过高，以及防止伴生火焰燃烧产生的水冷凝。具体的，冷却水通道在出口周围，由一根管道通入一根管道通出，与外部容器中的水形成循环。所述燃料及空气流入掺混装置包括渐缩形腔体，腔体底部设置有底座，底座上开设有进气通道7，底座上设置有支撑件8，支撑件8上设置有碰撞板6，支撑件与碰撞板6为一体结构，支撑件8高度为3-5cm，腔体内设置有若干烧结金属多孔板5；烧结金属多孔板5位于碰撞板6上方，进气通道7通过螺纹与混合气进气管(混合气进气管设置在底部中心孔处)连接，并通过内层密封垫圈进行密封，用于通入燃料和空气的混合气；碰撞板6设置在进气通道7正上方，碰撞板6用于使未燃气体在腔体内分布更均匀且更加充分地混合；优选的，碰撞板6上方安装有孔隙比不同的两块烧结金属多孔板5，起到整流和防止回火的作用。本专利技术的核心的湍流产生部件为孔板式结构，包括一层或多层金属孔板3，主火焰出口1上游设置有若干个金属孔板。具体的，在渐缩形腔体出口处设置有若干金属孔板。若干金属孔板为不同的开孔方式、不同的孔尺寸、不同开孔比的多种组合形式。在渐缩形腔体出口处设置有若干个等距分布的位置用来放置金属孔板3，若不放置金属孔板3，则可通过放置和金属孔板3相同厚度的圆环来补偿高度。在该结构安装一层或多层金属孔板3，基于不同的开孔方式、不同的孔尺寸、不同开孔比的多种孔板组合，用来产生宽广范围的、均匀的、准各向同性湍流。具体的，参见图1，燃烧器顶端出口能维持可燃预混合气的稳定燃烧，与其上游的核心湍流产生部件相连；核心湍流产生部件，即在出口上游40mm-70mm处设置有四个放置金属孔板的位置4，用来放置金属孔板3，四个位置分别为A、B、C、D，四个位置等距分布，相邻两个位置相隔10mm。金属孔板3用可拆卸套筒从上到下压住表面固定，每个位置也可以选择不放置金属孔板3，则可通过用一个放置和孔板3相同厚度的圆环来补偿高度。在该结构安装一层或多层金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，包括燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件；顶端部件用于维持可燃预混合气稳定燃烧，顶端部件与其上游的湍流产生部件相连，湍流产生部件与底端燃料及空气流入掺混装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，包括燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件；顶端部件用于维持可燃预混合气稳定燃烧，顶端部件与其上游的湍流产生部件相连，湍流产生部件与底端燃料及空气流入掺混装置连接。2.根据权利要求1所述的一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件的材料为黄铜、不锈钢或钛等金属材料。3.根据权利要求1所述的一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，所述的顶端部件包括设置在腔体顶部的冷却件，冷却件上开设有主火焰出口(1)和伴生火焰出口(2)；主火焰出口(1)周围设置有环形伴生火焰出口(2)。4.根据权利要求3所述的一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，伴生火焰出口(2)周围设置有用于对伴生火焰出口(2)进行冷却的水循环冷却结构。5.根据权利要求4所述的一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，所述燃料及空气流入掺混装置包括渐缩形腔体，腔体底部设置有底座，底座上开设有进气通道(7)，底座上设置有支撑件(8)，支撑件(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金华，张猛，余芊芊，常敏，郭实龙，李倩倩，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61