一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，实验系统固定在台架上，激光器和ICCD相机位于高压腔体上两个观察窗相对的位置，ICCD相机与计算机连接；高压腔顶部有定压阀，高压腔底部设有高压氮气接口和喷嘴，通过氮气接口向高压腔充入高压氮气；预热氧化剂和预热燃料通过预混器后，经喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃后，读取容积流量计的数值；通过容积流量计的数值和喷嘴出口面积计算获得层流预混火焰传播速度。通过调节氧化剂和燃料的流量获得不同当量比下的层流预混火焰传播速度；通过改变高压腔的压强获得不同环境压强下的层流预混火焰传播速度。通过PLIF系统获得各工况下火焰组分分布图和温度分布图。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，实验系统固定在台架上，激光器和ICCD相机位于高压腔体上两个观察窗相对的位置，ICCD相机与计算机连接；高压腔顶部有定压阀，高压腔底部设有高压氮气接口和喷嘴，通过氮气接口向高压腔充入高压氮气；预热氧化剂和预热燃料通过预混器后，经喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃后，读取容积流量计的数值；通过容积流量计的数值和喷嘴出口面积计算获得层流预混火焰传播速度。通过调节氧化剂和燃料的流量获得不同当量比下的层流预混火焰传播速度；通过改变高压腔的压强获得不同环境压强下的层流预混火焰传播速度。通过PLIF系统获得各工况下火焰组分分布图和温度分布图。【专利说明】一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统
本专利技术涉及一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，具体地说，涉及测量预加热燃料和氧化剂在高压环境下的无拉伸层流预混火焰传播速度的实验系统。
技术介绍
层流预混燃烧是研究燃烧机理的重要内容，是发展与验证燃料燃烧化学反应动力学机理的重要手段。目前，通过建立基于化学反应动力学机理的理论模型来模拟计算层流火焰特性，还仅限于部分小分子气体，实验仍是研究层流火焰特性的有效方法。测量层流预混火焰传播速度的实验方法基本可以分为两大类:一类称为静态火焰法，实验中火焰面是驻定的，主要有:锥形火焰测速法、平面火焰测速法、球形火焰测速法、倒置火焰测速法等；另一类称为动态火焰法，实验时火焰面是动态的，属于这类方法主要有圆筒法、肥皂泡法、定容燃烧弹法以及平坦火焰法等。定容燃烧弹法是获取层流预混火焰传播速度最常用的方法，它是利用高速纹影摄影装置和定容燃烧弹，通过记录定容燃烧弹内球形膨胀火焰的生长历程，提取火焰的传播速度，然后通过建立火焰拉伸与火焰传播速度之间的关系，进而推导获得无拉伸层流火焰传播速。它可以测得许多气体燃料和氧化剂在不同压强下的层流预混火焰传播速度，但是定容燃烧弹仍存在一些缺点:第一、需要建立火焰拉伸与火焰传播速度之间的关系才能获得无拉伸火焰传播速度；第二、由于定容燃烧弹内火焰传播所引起的压缩-膨胀作用，即使在气流静止的定容燃烧弹内也会引起气流运动，并且燃烧初期的运动方向与燃烧末期是相反的，使火焰传播速度产生先加速后减速的倾向，因此存在较大误差；第三、无法测得预加热为气态的液体燃料或气体燃料和氧化剂在高压环境下的层流预混火焰传播速度；第四、难以使用PLIF系统获得层流预混火焰组分分布图和层流预混火焰温度分布图。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，本专利技术提出一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统；目的是:实现测得预加热为气态的液体燃料或气体燃料和氧化剂在高压环境下的无拉伸层流预混火焰传播速度，获得较为准确的验证燃料燃烧化学反应动力学机理的实验数据；使用PLIF系统处理获得层流预混火焰的组分分布图和层流预混火焰温度分布图。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括PLIF系统、定压阀、高压腔、容积流量计、预混气流量调节阀、预混器、燃料质量流量计、燃料流量调节阀、预热氧化剂、预热燃料、高压氮气、氧化剂流量调节阀、氧化剂质量流量计，高压腔包括前观察窗、火花塞、壳体、侧观察窗、喷嘴，PLIF系统由激光器、ICCD相机、计算机组成，实验系统固定在实验台架上，激光器和ICCD相机分别位于高压腔壳体上前观察窗和侧观察窗相对的位置，ICCD相机与计算机连接；与高压腔壳体上侧观察窗相对的壳体下方设有火花塞，高压腔顶部安装有定压阀，高压腔底部设有高压氮气接口和喷嘴，通过高压氮气接口向高压腔内充入高压氮气，调节定压阀使高压腔内压强稳定在实验所需压强；将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值，预热氧化剂和预热燃料通过预混器混合均匀后，打开并调节预混器上部的预混气流量调节阀，经喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃，待火焰稳定后读取容积流量计的数值；调节燃料流量调节阀和氧化剂流量调节阀，同时，读取燃料质量流量计和氧化剂质量流量计显示的数值，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比，当量比的可调范围为0.7至1.5 ;层流预混火焰传播速度SL通过公SSfQ/A获得，式中A为喷嘴出口横截面积，Q为容积流量计的数值；通过PLIF系统从计算机获得火焰组分分布图和火焰温度分布图。高压腔工作压强范围为0.1MPa至IMPa。预热燃料、预热氧化剂的温度范围为300K至800K。有益效果本专利技术提出的一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，将实验系统固定安装在实验台架上，检查实验系统密封性，调试PLIF系统；打开高压氮气瓶向高压腔内充入氮气，调节定压阀使高压腔内压强稳定在实验所需压强；将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值；调节燃料流量调节阀和氧化剂流量调节阀，同时，读取燃料质量流量计和氧化剂质量流量计显示的数值，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比；通过预混器将预热氧化剂和预热燃料混合均匀后，打开并调节预混器上部的预混气流量调节阀，经过喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃，待火焰稳定后读取容积流量计的数值；通过容积流量计的数值和喷嘴的出口面积计算获得无拉伸火焰的层流预混火焰传播速度。通过调节氧化剂和燃料的流量获得不同当量比下的层流预混火焰传播速度；通过调节预热的温度获得不同初温条件下的层流预混火焰传播速度；通过改变高压腔的压强获得不同环境压强下的层流预混火焰传播速度。通过PLIF系统获得以上工况下的火焰组分分布图和温度分布图。本专利技术操作简单，维护方便，测试灵活方便，可扩展性较强；且可拓展测得多种燃料混合后与氧化剂预混燃烧的火焰传播速度。【专利附图】【附图说明】下面结合附图和实施方式对本专利技术一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统作进一步详细说明。图1为本专利技术测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统示意图。图2为本专利技术的预混器结构示意图。图3为本专利技术的高压腔示意图。图4为本专利技术的高压腔B向视图。图5为本专利技术的高压腔A-A剖视图。图6为本专利技术的高压腔C-C剖视图。图中:1.激光器2.定压阀3.高压腔4.1C⑶相机5.容积流量计6.预混气流量调节阀7.预混器8.燃料质量流量计9.燃料流量调节阀10.计算机11.预热氧化剂12.预热燃料13.高压氮气14.氧化剂流量调节阀15.氧化剂质量流量计16.前观察窗17.火花塞18.壳体19.侧观察窗20.喷嘴【具体实施方式】本实施例是一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统。参阅图1-图6，本专利技术测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，包括PLIF系统、定压阀2、高压腔3、容积流量计5、预混气流量调节阀6、预混器7、燃料质量流量计8、燃料流量调节阀9、预热氧化剂11、预热燃料12、高压氮气13、氧化剂流量调节阀14、氧化剂质量流量计15，高压腔包括前观察窗16、火花塞17、壳体18、侧观察窗19、喷嘴20，PLIF系统由激光器1、IC⑶相机4、计算机10组成，实验系统固定在实验台架上，激光器I和ICXD相机4分别安装在高压腔3壳体上前观察窗16和侧观察窗19外侧相对的位置，ICCD相机4与计算机10连接；与高压腔壳体18上侧观察窗19相对的壳体下方设有火花塞17，高压腔3顶部安装定压阀2，高压腔3底部设有高压氮气接口和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦飞，刘冰，魏祥庚，吕翔，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：