自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，涉及层流燃烧速度测量技术领域，其包括：空气源、液体燃料源、管道燃烧器和混合器，其中，空气源用于提供燃料燃烧所需要的空气；液体燃料源用于提供燃料燃烧所需要的液体燃料；管道燃烧器具有从燃料入口至燃料出口的横截面逐渐增大的阶梯形状的通道；以及，混合器用于将所述空气和所述液体燃料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。

【技术实现步骤摘要】
自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及层流燃烧速度测量
，具体涉及一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法。

技术介绍

[0002]层流燃烧速度是可燃预混气扩散性、燃烧反应性和放热能力综合反映的物理化学特性。层流燃烧速度对于表征燃料的预混燃烧特性，验证燃烧反应机理和动力学模型以及校准湍流燃烧模型具有重要意义。在工业炉、内燃机、燃气轮机和火箭发动机燃烧室等实际燃烧系统中，层流燃烧速度是解释和评估各种燃烧现象，如火焰稳定、火焰结构、火焰淬熄和回火的重要参数之一。准确测量燃料层流燃烧速度为燃烧室内燃烧组织形式、火焰结构及火焰传播提供理论依据，最终为发动机燃烧室结构和性能优化提供支持。
[0003]层流燃烧速度主要受未燃预混气初始温度、压力、当量比等因素影响。实际燃烧室中工作温度和压力显著高于环境条件，掌握层流燃烧速度随热力学条件变化非常重要。燃料燃烧反应极其复杂，特别是在高温、高压条件下的燃烧机理目前尚不明确，准确计算和预测层流燃烧速度相对困难。在相对较高的初始压力和温度下，通过不同测量技术获得的燃料层流燃烧速度结果显示也偏差较大。因此，在更宽泛初始温度、压力条件下，尤其是在相对高温、高压条件下准确测量燃料层流燃烧测速度是至关重要的技术问题。
[0004]层流燃烧速度S
u
定义为一维无拉伸绝热平面火焰相对于来流未燃预混气的速度，通常采用的实验测量方法包括：本生灯法，热流法，对冲火焰及球形火焰法，但需要考虑较大的热损失和较高的火焰拉伸率来进行修正。并且以上方法难以实现较高初始温度下实验工况，测量工况较为单一。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法。本专利技术减小了热损失和火焰拉伸带来的影响，在较为宽泛的初始温度条件，尤其是较高初始温度下的测量燃料层流燃烧速度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其包括：
[0008]空气源，其用于提供燃料燃烧所需要的空气；
[0009]液体燃料源，其用于提供燃料燃烧所需要的液体燃料；
[0010]管道燃烧器，其具有从燃料入口至燃料出口的横截面逐渐增大的阶梯形状的通道；以及，
[0011]混合器，其用于将所述空气和所述液体燃料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。
[0012]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，还包括：红外加热器，所述红外加热器用于对所述管道燃烧器的外壁进行加热，有助于点火和稳定
火焰，以减少从火焰到固壁的热损失。
[0013]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，所述管道燃烧器的材质由蓝宝石制成。
[0014]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，所述空气源与所述混合器之间设置有质量流量计，所述质量流量计用于测量所述空气的流量。
[0015]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，还包括：控制模块，所述控制模块用于获取所述质量流量计的空气的流量数据。
[0016]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，所述液体燃料源与所述混合器之间设置有液体燃料泵，所述液体燃料泵用于加快液体燃料的输送。
[0017]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，还包括：相机，所述相机用于采集液体燃料燃烧时的图像信息。
[0018]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，还包括：激光器和探测器，所述激光器和探测器位于所述管道燃烧器的两侧。
[0019]一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量方法，其利用如上所述的测量装置进行，包括：
[0020]通过改变红外加热器功率，入口流速和当量比条件，点火后平面火焰将自适应地稳定在管道不同位置处；
[0021]此时的平面火焰即具有不同初始温度可燃预混气的层流燃烧特征，以此获取层流燃烧速度。
[0022]如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量方法，进一步地，
[0023]入口处未燃混合气满足：
[0024]PV
inlet
＝mRgT
inlet
ꢀꢀꢀ
(1)
[0025]其中：P为压力，V
inlet
为入口体积流量，m为质量流量，Rg为气体常数，T
inlet
为入口未燃混合气初始温度。
[0026]火焰面前端未燃混合气被管道加热后满足：
[0027]PV
u
＝mRgT
u
ꢀꢀꢀ
(2)
[0028]其中：P为压力，V
u
为火焰面前端未燃混合气体积流量，m为质量流量，Rg为气体常数，T
u
为火焰面前端未燃混合气初始温度；
[0029]根据质量流量守恒，由(3)化简得(6)，根据层流燃烧速度定义，此时火焰面前端未燃混合气流速U
u
即为层流燃烧速度S
u
：
[0030][0031][0032][0033][0034]其中：A
inlet
为管道入口截面面积，A
u
为火焰面前端处管道截面面积，U
u
为焰面前端未燃混合气流速U
u
，S
u
为层流燃烧速度S
u
。
[0035]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：本专利技术具有火焰稳定性高、热量损失小，平面火焰拉伸率低的特点，更加符合层流燃烧速度定义，基于激光吸收光谱技术测量初始温度为非接触式测温且精度高，并且能获取不同未燃混合气初始温度下的层流燃烧速度，实现不同燃料，不同工况下的层流燃烧速度高精度测量。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1一种基于激光测温的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置系统示意图；
[0038]图2为本专利技术实施例的宝塔形管道燃烧器的结构示意图；
[0039]图3为本专利技术实施例的红外加热器加热管道示意图；
[0040]图4为本专利技术实施例的TDLAS测量气体温度原理图。
[0041]其中：1、空气源；2、液体燃料泵；3、质量流量计；4、控制模块；5、混合器；6、宝塔形管道燃烧器；7、激光器；8、探测器；9、红外加热器；10、相机。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，包括：空气源，其用于提供燃料燃烧所需要的空气；液体燃料源，其用于提供燃料燃烧所需要的液体燃料；管道燃烧器，其具有从燃料入口至燃料出口的横截面逐渐增大的阶梯形状的通道；以及，混合器，其用于将所述空气和所述液体燃料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。2.根据权利要求1所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，还包括：红外加热器，所述红外加热器用于对所述管道燃烧器的外壁进行加热，有助于点火和稳定火焰，以减少从火焰到固壁的热损失。3.根据权利要求1所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，所述管道燃烧器的材质由蓝宝石制成。4.根据权利要求1所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，所述空气源与所述混合器之间设置有质量流量计，所述质量流量计用于测量所述空气的流量。5.根据权利要求4所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，还包括：控制模块，所述控制模块用于获取所述质量流量计的空气的流量数据。6.根据权利要求1所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，所述液体燃料源与所述混合器之间设置有液体燃料泵，所述液体燃料泵用于加快液体燃料的输送。7.根据权利要求1所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，还包括：相机，所述相机用于采集液体燃料燃烧时的图像信息。8.根据权利要求1所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其特征在于，还包括：激光器和探测器，所述激光器和探测器位于所述管道燃烧器的两侧。9.一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量方法，其利用如权利要求1至8任一所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星，谢圣荣，霍杰鹏，李涛，汪小憨，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：