一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统

1.本发明涉及基础燃烧研究和对冲火焰实验技术领域，更具体地说是涉及一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统。


背景技术：

2.燃料的实际燃烧过程受到空气动力学、反应动力学以及燃料的热物性等因素影响。想要高效的利用燃料，必须对燃料的燃烧特性进行深入探究。
3.对冲火焰是一种研究一维火焰燃烧特性的模型。尤其是对于不同压力和温度工况下燃料的熄火极限，对冲火焰能够方便的对该燃烧特性进行诊断。
4.因此，需要提供一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统。目的就是用于测量不同压力和温度工况下燃料的熄火极限(熄火拉伸率)。
6.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
7.一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统，包括：第一喷发件、第二喷发件、壳体以及供气装置；所述第一喷发件和所述第二喷发件设置于所述壳体的内部，且所述第一喷发件和所述第二喷发件的喷嘴相对设置；所述供气装置的氧化剂端与所述第一喷发件连通，所述供气装置的燃料端与所述第二喷发件连通，且所述供气装置的惰性气体端与所述第一喷发件和所述第二喷发件连通。
8.优选地，所述第一喷发件包括第一内管、第一外管以及第一固定座，所述第一内管套设于所述第一外管的内部，且所述第一内管和所述第一外管之间具有第一间隙；所述第一内管和所述第一外管固定连接于所述第一固定座；第一固定座设有第一一级内管和第一二级内管，所述第一一级内管将所述第一内管的内腔与所述第一固定座远离所述第一内管的一侧连通；所述第一二级内管将所述第一间隙与所述第一固定座远离所述所述第一间隙的一侧连通。
9.优选地，所述壳体内设有隔热层，其将壳体分隔为冷却仓和燃烧仓；所述第一喷发件设置于所述冷却仓内，且所述第一外管穿过所述隔热层，且所述第一外管与所述隔热层紧密连接；所述燃烧仓密封。
10.优选地，所述第一外管上临近所述第一固定座的一侧套设有第一冷却套；所述冷却仓的内腔壁上远离所述第一冷却套的一端抵接有第二冷却套；所述隔热层的表面临近所述第二喷发件的一端侧设有冷却环，且所述第一外管的喷嘴穿过所述却环的环心。
11.优选地，还包括：加热棒和加热线圈，所述加热棒穿过所述冷却仓的腔壁伸至所述第一内管的内部；所述加热线圈套设于所述第一外管上远离所述第一固定座的一端。
12.优选地，所述第二喷发件包括第二内管、第二外管以及第二固定座，所述第二内管套设于所述第二外管的内部，且两者之间具有第二间隙；所述第二内管和所述第二外管固
定连接于所述第二固定座；第二固定座设有第二一级内管和第二二级内管，所述第二一级内管将所述第二内管的内腔与所述第二固定座远离所述第二内管的一侧连通；所述第二二级内管将所述第二间隙与所述第二固定座远离所述第二间隙的一侧连通。
13.优选地，所述第二外管通过调节螺栓活动连接于所述燃烧仓的内腔壁上；所述第二固定座通过轴承活动连接于所述燃烧仓的内腔壁上。
14.优选地，还包括检测装置，所述检测装置包括电机、支架以及热电偶；所述电机设置于所述燃烧仓的内部，所述支架的一端与所述电机连接，其另一端与所述热电偶连接；所述热电偶优选地，所述供气装置包括伴流装置、氧化剂装置以及燃料装置；当触发检测温度指令时，所述热电偶移至所述第一喷发件和所述第二喷发件之间。
15.优选地，所述供气装置包括伴流装置、氧化剂装置以及燃料装置；所述伴流装置通过两条管路分别与第一二级内管和第二二级内管连通，且每条管路均设有质量流量计；所述氧化剂装置包括第一空气瓶、惰性气瓶以及第一混合仓；所述第一空气瓶和所述惰性气瓶分别通过两条管路与所述第一混合仓连通，且每条管路均设有质量流量计；所述第一混合仓与所述第一一级内管连通；所述燃料装置包括第二空气瓶、燃料瓶以及第二混合仓；所述第二空气瓶和所述燃料瓶分别通过两条管路与所述第二混合仓连通，且每条管路均设有质量流量计；所述第二混合仓与所述第二一级内管连通。
16.优选地，燃烧仓上设有进气口、压力表以及背压阀。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.1、利用所述供气装置的氧化剂端与所述第一喷发件连通，所述供气装置的燃料端与所述第二喷发件连通，且所述供气装置的惰性气体端与所述第一喷发件和所述第二喷发件连通，可实现测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性；
19.2、所述第一空气瓶和所述惰性气瓶分别通过两条管路与第一混合仓连通，且每条管路均设有所述质量流量计，从而可以控制惰性气体的浓度；
20.3、所述第二空气瓶431和所述燃料瓶432分别通过两条管路与所述第二混合仓433连通，且每条管路均设有所述质量流量计44，从而可以控制燃料的浓度；
21.4、在所述第一外管上临近所述第一固定座的一侧套设有第一冷却套，在所述冷却仓的内腔壁上远离所述第一冷却套的一端抵接有第二冷却套，并配合所述隔热层上临近所述第二喷发件的一端侧设有冷却环，有利于避免高温对装置的影响；
22.5、所述加热棒穿过所述冷却仓的腔壁伸至所述第一内管的内部，为充入所述第一内管内部的气体加热，所述加热线圈套设于所述第一外管上远离所述第一固定座的一端，避免内外喷管气体在出口处存在过大的温度梯度而影响实验结果。
附图说明
23.图1为本发明一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统的结构示意图；
24.图2为本发明一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的第一喷发件和第二喷发件内部结构示意图；
25.图3为本发明一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统的供气装置示意图；
26.图中：1-第一喷发件；11-第一内管；12-第一外管；121-第一冷却套；13-第一固定座；131-第一一级内管；132-第一二级内管；14-第一间隙；2-第二喷发件；21-第二内管；22-第二外管；221-调节螺栓；23-第二固定座；231-第二一级内管；232-第二二级内管；233-轴承；24-第二间隙；3-壳体；31-隔热层；311-第二冷却套；312-冷却环；32-冷却仓；33-燃烧仓；331-进气口；332-压力表；333-背压阀；334-观察窗；4-供气装置；41-伴流装置；42-氧化剂装置；421-第一空气瓶；422-惰性气瓶；423-第一混合仓；43-燃料装置；431-第二空气瓶；432-燃料瓶；433-第二混合仓；44-质量流量计；5-加热棒；51-电极；6-加热线圈；7-检测装置；71-电机；72-支架；73-热电偶；8-管路。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.参照图1-3所示一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统，包括：
30.包括：第一喷发件1、第二喷发件2、壳体3、供气装置4、加热棒5、加热线圈6以及检测装置7，其中第一喷发件1和第二喷发件2设置于壳体3的内部，且第一喷发件1和第二喷发件2的喷嘴相对设置。
31.第一喷发件1为第一喷头，第二喷发件2为第二喷头，其第一喷头包括第一内管11、第一外管12以及第一固定座13，第一内管11套设于第一外管12的内部，且两者之间具有第一间隙14，第一间隙14用于导入气体将第一内管11和第一外管12隔开，从而减少实验过程中第一内管11的热量传递至第一外管12。第一内管11和第一外管12固定连接于第一固定座13上。第一固定座13上设有第一一级内管131和第一二级内管132，第一一级内管131直径为8mm，长度为30mm，第一二级内管132直径为8mm，长度为30mm。第一一级内管131将第一内管11的内腔与第一固定座13上远离第一内管11的一侧连通，通过第一一级内管131往第一内管11的内腔充入助燃剂。第一二级内管132将第一间隙14与第一固定座13上远离第一间隙14的一侧连通，通过第一二级内管132往第一间隙14充入惰性气体，其惰性气体起到导流、隔绝的作用。第一内管11的远离第一固定座13一端收缩喷嘴，且第一外管12的远离第一固定座13一端收缩喷嘴，收缩喷嘴的作用是形成均匀的轴向气流速度分布和降低边界层的影响。
32.壳体3内设有隔热层31，隔热层31与壳体3一体成型，有利于提高燃烧室的气密性。
33.其将壳体3分隔为冷却仓32和燃烧仓33。第一喷头设置于冷却仓32内，且第一外管12穿过隔热层31，且两者紧密连接，并且燃烧仓33内部密封，从而可以加压进行燃烧实验。
34.第一外管12上临近第一固定座13的一侧套设有第一冷却套121，冷却仓32的内腔壁上远离第一冷却套121的一端抵接有第二冷却套311，隔热层31上临近第二喷头的一端侧设有冷却环312，且第一外管12的喷嘴穿过却环312的环心。设置第一冷却套121、第二冷却套311以及冷却环312，有利于减少高温对装置的影响。
35.加热棒5穿过冷却仓32的腔壁伸至第一内管11的内部，加热棒5处于第一内管11的
外部的一端设有电极51。电极51通电后，通过加热棒5为充入第一内管11内部的气体加热。加热线圈6套设于第一外管12上远离第一固定座13的一端，通过加热线圈6加热外喷管的氮气，避免内外喷管气体在出口处存在过大的温度梯度而影响实验结果。为实现喷管内气流温度的自动反馈调节，将加热棒5和加热线圈6与pid控制器和热电偶相连，其中pid控制器即比例-积分-微分控制器。
36.第二喷头包括第二内管21、第二外管22以及第二固定座23，第二内管21套设于第二外管22的内部，且两者之间具有第二间隙24，第二间隙24用于导入气体将第二内管21和第二外管22隔开，从而减少实验过程中第二内管21的热量传递至第二外管22。第二内管21和第二外管22固定连接于第二固定座23上。第二固定座23上设有第二一级内管231和第二二级内管232，第二一级内管231直径为8mm，长度为30mm，第二二级内管232直径为8mm，长度为30mm。第二一级内管231将第二内管21的内腔与第二固定座23上远离第二内管21的一侧连通，通过第二一级内管231往第二内管21的内腔充入燃料。第二二级内管232将第二间隙24与第二固定座23上远离第二间隙24的一侧连通，通过第二二级内管232往第二间隙24充入惰性气体，其惰性气体起到导流、隔绝的作用。
37.第二内管21上远离第二固定座23的一端收缩喷嘴，且第二外管22上远离第二固定座23的一端收缩喷嘴，收缩喷嘴的作用是形成均匀的轴向气流速度分布和降低边界层的影响。
38.第二外管22通过调节螺栓221活动连接于燃烧仓33的内腔壁上，第二固定座23通过轴承233活动连接于燃烧仓33的内腔壁上，通过调节螺栓221、轴承233调整第二喷头的位置，从而达到第一喷头和第二喷头通轴心的技术效果。
39.检测装置7包括电机71、支架72以及热电偶73，电机71设置于燃烧仓33的内部，支架72的一端与电机71连接，其另一端与热电偶73连接。当需要检测第一内管11喷出热气的温度时，热电偶73移至第一喷头和第二喷头之间，在进行燃烧实验时，热电偶73移出来。
40.供气装置4包括伴流装置41、氧化剂装置42以及燃料装置43，伴流装置41通过两条管路分别对第一二级内管132和第二二级内管232充入惰性气体，其惰性气体在第一间隙14和第二间隙24中起到隔绝保护作用。且每条管路均设有质量流量计44，用于测量充入的量。
41.氧化剂装置42包括第一空气瓶421、惰性气瓶422以及第一混合仓423，第一空气瓶421和惰性气瓶422分别通过两条管路与第一混合仓423连通，且每条管路均设有质量流量计44，从而可以控制惰性气体的浓度。第一混合仓423与第一一级内管131连通，将混合惰性气体充入第一内管11的内腔。
42.燃料装置43包括第二空气瓶431、燃料瓶432以及第二混合仓433；第二空气瓶431和燃料瓶432分别通过两条管路与第二混合仓433连通，且每条管路均设有质量流量计44，从而可以控制燃料的浓度。第二混合仓433与第二一级内管231连通，将混合燃料充入第二内管21的内腔。
43.燃烧仓33的腔壁设有进气口331、压力表332以及背压阀333，进气口331用于往燃烧仓33内充入惰性气体，通过压力表332检测燃烧仓33内部的压力，当压力过高时，通过背压阀333排放惰性气体，从而保证燃烧仓33内部的压力恒定。
44.在本实施例中，惰性气体为氮气。
45.在本实施例中，还包括冷却管路8，用于对第二冷却套311和冷却环312注入冷却
液。
46.在本实施例中，燃烧仓33上还设有观察窗334，用于观察实验情况。
47.实施例2
48.参照图1-3所示一种测量变压力和宽温度范围工况燃料熄火特性的系统，在实施例1的基础上，第一喷头设置于第二喷头的上方，有利于形成准一维扩散平面火焰。
49.工作原理：
50.先通过第一混合仓423与第一一级内管131连通，将混合助燃剂充入第一内管11的内腔，再利用通过加热棒5为充入第一内管11内部的助燃剂充加热，热电偶73监测到温度到达预期值时，电机71驱动支架72将热电偶73转动至原理第一喷发件1和第二喷发件2的位置；
51.接着第二一级内管231将第二混合仓433内的混合燃料充入第二内管21的内腔，并点火；第一二级内管132和第二二级内管232分别对第一间隙14和第二间隙24充入惰性气体引流；
52.其中pid控制器设定加热温度，等待一段时间，气流温度达到设定值后调控质量流量计44，同时增大输入空气和燃料的流量，并保持燃料组分不变以及动量平衡，当流量增大到一定值时火焰熄灭，记录此时的空气以及燃料流量。将燃料和氧化剂流量分别换算为流速v1和v2，燃料和氧化剂密度分别换算为ρ1和ρ2，并使用游标卡尺测量两喷嘴间距为l，并根据以下公式得到该工况下的燃料熄火拉伸率a，称之为熄火极限，其中
[0053][0054]
并配合进气口331和背压阀333维持燃烧仓33内部的压力恒定，最终可模拟在0.1-5atm、300-1400k的宽工况范围内对燃料的熄灭极限进行诊断，所得到的燃料相关特性可为发动机、燃气轮机等涉及燃烧的装置提供基础数据和参考。
[0055]
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。