一种可观测的高压标定火焰腔体

1.本发明涉及高压燃烧研究领域，具体涉及一种可观测的高压标定火焰腔体。


背景技术：

2.高压燃烧现象普遍存在于如内燃机、燃气轮机、爆震发动机等实际工程应用中。目前，针对高压模型燃烧室的设计工作集中在提供接近真实工况的实验条件，国内高校实验室及研究所研制的高压燃烧系统包括高压定容燃烧弹，光学发动机以及高压爆震燃烧装置等等。另一方面，针对这些高压燃烧现象的火焰直接观测和光谱测量工作也面临诸多挑战。比如，大部分模型燃烧室都是针对特定应用设计的，其燃烧器主体和高压舱体一体设计，因而无法轻易改变火焰喷口结构、进气管路等结构；另一方面，接近真实工况下的高压火焰变量参数较多，且针对其开展的实验测量结果难以被验证其准确性。此外，从光谱学研究的角度出发，稳定、持续、可预测的高压火焰装置也十分重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种发动机羽流场速度温度同步测量系统，以解决上述问题。为此，本发明采用的技术方案如下：
4.一种可观测的高压标定火焰腔体，可包括高压燃烧室、上法兰、下法兰、三个观察窗、燃烧炉托台、燃烧炉、多根承重柱、多根进气管、摇臂式点火器、排气管以及背压阀，其中，所述上法兰和下法兰分别密封安装在所述高压燃烧室的上下端，所述上法兰的上表面设有冷却液槽，所述冷却液槽盖有封槽盖，所述封槽盖上具有进液口和出液口，并且所述上法兰的下表面设有圆锥形凹坑；所述三个观察窗分别密封安装在所述高压燃烧室的三个外侧壁上，所述燃烧炉托台固定在所述下法兰上，所述燃烧炉固定在所述燃烧炉托台上，所述多根承重柱竖直放置并且上端固定于所述下法兰，所述进气管焊接在所述下法兰上预设的孔内；所述摇臂式点火器和排气管安装在所述高压燃烧室的第四个侧壁上；以及所述背压阀安装在所述排气管上。
5.在较佳实施例中，所述承重柱的数量为三根，并且所述承重柱具有中心通孔，以通过螺杆固定于所述下法兰。
6.在较佳实施例中，所述进气管共有六根。
7.在较佳实施例中，所述燃烧炉托台包括上平台、下平台和位于所述上平台和所述下平台之间的连接柱，其中，所述下平台用螺丝固定在所述下法兰上，所述燃烧炉用螺丝固定在所述上平台上。
8.在较佳实施例中，所述观察窗包括窗口法兰、圆柱形透镜和压环，所述窗口法兰密封安装在所述高压燃烧室的侧壁上，所述圆柱形透镜由所述压环和所述窗口法兰密封夹紧。
9.在较佳实施例中，所述透镜的材料为蓝宝石，并且其内镜面具有10
°
的倾斜。
10.在较佳实施例中，所述透镜与所述压环之间采用o形圈进行缓冲处理；并且所述透
镜与所述窗口法兰之间采用聚四氟乙烯进行密封。
11.在较佳实施例中，所述摇臂式点火器包括圆柱形电极、摇臂和电极支座，所述电极支座密封安装在所述高压燃烧室的第四侧壁上，所述摇臂可旋转地密封安装在所述电极支座的中心，所述电极固定在所述摇臂的内端部上，以在点火时靠近所述燃烧炉和在燃烧时远离所述燃烧炉的火焰。
12.在较佳实施例中，所述排气管密封安装在所述电极支座上，位于所述电极正上方，并且所述背压阀安装在所述排气管的外侧。
13.在较佳实施例中，所述高压燃烧室与所述上法兰之间、所述高压燃烧室与所述下法兰之间、所述高压燃烧室与所述观察窗之间以及所述高压燃烧室与所述电极支座之间均采用聚四氟乙烯进行密封。
14.本发明零件较少，安装步骤简单，不容易发生故障；本发明在高压燃烧室侧面开设了三个透视窗，能够使用户清晰地观测腔体内的状况，且窗体采用蓝宝石材料，对可见光到中红外波段光源的透射率较高，可以开展高速相机拍摄、吸收光谱、荧光光谱等光谱测量研究；高压燃烧室下方设置了承重柱，方便铺设进气管，高压燃烧室内燃烧器可替换、便于研究多种形式的标定火焰系统；摇臂式点火器能够巧妙地解决了点火器密封问题以及提高了点火器的耐用性；上法兰下表面采取锥形设计，有效避免高压火焰运行过程中的冷凝水落入炉面引发熄火的问题。
附图说明
15.图1是本发明的一种可观测的高压标定火焰腔体的结构示意图；
16.图2是图1所示的可观测的高压标定火焰腔体的上法兰的结构示意图；
17.图3是图1所示的可观测的高压标定火焰腔体的观察窗的结构示意图；
18.图4是图1所示的可观测的高压标定火焰腔体的点火器、排气管以及背压阀的结构示意图。
具体实施方式
19.以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
20.在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本技术相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
21.除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。
22.在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
23.如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。
24.在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
25.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
26.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.如图1和2所示，一种可观测的高压标定火焰腔体可包括高压燃烧室1、上法兰2、下法兰3、三个观察窗4、燃烧炉托台5、燃烧炉6、多根承重柱 7、多根进气管8、点火器9、排气管10以及背压阀11。其中，上法兰2 和下法兰3分别密封安装在燃烧室1的上下端。上法兰2的上表面设有冷却液槽21，里面可以装载流动的冷却液；冷却液槽21上方盖有封槽盖22，封槽盖22上具有进液口和出液口，冷却液从进液口流入，从出液口流出，可以有效地解决了因为高温而导致上法兰变形的问题。冷却液槽21可以是上法兰2的下表面设有圆锥形凹坑23，可以有效地防止冷凝水滴入燃烧炉而引起熄火的问题。下法兰3水平固定在承重柱7的上端。具体地，承重柱7的数量为三根，分别间隔60度，并且竖直放置。承重柱7具有中心通孔，以通过螺杆固定于下法兰3。
28.三个观察窗4分别密封安装在高压燃烧室1的三个外侧壁上，以能够使用户清晰地观测腔体(即高压燃烧室1)内的状况。具体地，如图3所示，观察窗4包括窗口法兰41、圆柱形透镜42和压环43，其中，窗口法兰41 密封安装在高压燃烧室1的侧壁上，例如，采用聚四氟乙烯进行密封。圆柱形透镜42由压环43和窗口法兰41密封夹紧。优选地，透镜42与压环 43之间采用o形圈进行缓冲处理。透镜42与窗口法兰41之间采用聚四氟乙烯进行密封。透镜42的材料为蓝宝石，可通过可见光至中红外波段光源，因而能同时实现高速摄像以及红外吸收光谱、激光诱导荧光光谱等测量方法研究。透镜42可以更换，以解决燃烧残渣污染透镜镜面；并且其内镜面存在10
°
的倾斜，以削减透镜42的反射作用。
29.燃烧炉托台5固定(例如，通过螺钉)在下法兰3上。燃烧炉6固定 (例如，通过螺钉)在燃烧炉托台5上。具体地，燃烧炉托台5包括上平台、下平台和位于所述上平台和所述下平台之间的连接柱。下平台用螺丝固定在下法兰3上，燃烧炉6用螺丝固定在上平台上。
30.多根进气管8焊接在下法兰3上预设的孔内，以将不同种类和流量的气体送入燃烧炉6中，实现所需的火焰形态，方便试验研究。在一具体实施例中，进气管8共有六根。
31.摇臂式点火器9安装在高压燃烧室1的第四个侧壁上，以在点火时靠近燃烧炉6和在燃烧时远离燃烧炉6的火焰。摇臂式点火器采用电极点火。排气管10安装在高压燃烧室1的第四个侧壁上。背压阀11安装在排气管 10上，以确保燃烧室内压力稳定，使火焰平稳。具
体地，如图4所示，摇臂式点火器9可包括圆柱形电极91、摇臂92和电极支座93，其中，电极支座 93密封安装在高压燃烧室1的第四侧壁上。摇臂92可旋转地密封安装在电极支座93的中心。电极91固定在摇臂92的内端部上。在所示实施例中，摇臂 92在高压燃烧室1内部分呈横竖横结构。点火时，通过摇臂92将电极91 旋转至靠近燃烧炉火焰口的位置时，例如从图4所示的初始位置旋转180 度时，使电极91通电，可以点燃从燃烧炉火焰口喷出的可燃气体；燃烧过程中，再通过摇臂92将电极91旋转至远离燃烧炉的位置时，例如从初始位置旋转90度时，以防火焰对电极的损坏，从而不干扰火焰本身并延长点火装置寿命。排气管10密封安装在电极支座93上，位于电极91正上方，并且背压阀11安装在排气管10的外侧，以方便操作。
32.优选地，高压燃烧室1与上法兰2之间、高压燃烧室1与下法兰3之间、高压燃烧室1与观察窗4之间以及高压燃烧室1与电极支座92之间均采用聚四氟乙烯进行密封，以确保在高温环境下保持良好密封性。
33.本发明通过在上法兰的上表面加装冷却液槽，从而实现装置热平衡，保证标定火焰长时间稳定运行；而上法兰下表面采取锥面设计，保证冷却水不回流至火焰炉面，引发熄火。本发明光学窗口采用蓝宝石玻璃设计，可通过可见光至中红外波段光源，因而能同时实现高速摄像以及红外吸收光谱、激光诱导荧光光谱等测量方法研究。电极点火装置采用摇臂式设计，可在点火后离开火焰区域，从而不干扰火焰本身并延长点火装置寿命。相比于现有技术，本发明可以在较高的气压下，维持平稳的火焰，方便用户捕获清晰的火焰形态且开展各种光谱测量研究，为分析高压火焰特征以及高压激光光谱特性提供实验支撑。
34.以上已详细描述了本发明的优选实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。