CN104913936A - 单进出口微小尺度定容燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单进出口微小尺度定容燃烧装置，包括封闭的燃烧腔以及与该燃烧腔相连的点火装置和气体进出口管，在所述气体进出口管上设有四通切换阀，该四通切换阀连接有气体进口管、排气口管和具有真空泵的真空管；所述点火装置接通所述气体进出口管。本发明的有益效果：在气体进出口管上设有四通切换阀，该四通切换阀减少连接管的有限直径以及连接长度可以减少外部容积对内部的影响同时减少开口对燃烧场表面的影响，尤其适用于小尺度及微尺度的定容燃烧。采用具有单向导通的弹片时，其外部影响容积空间几乎可以忽略，提高实验的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧测量技术领域，特别涉及适用于小尺度或微尺度的单进出口微小尺度定容燃烧装置。
背景技术
定容燃烧弹主要作为内燃机燃烧基础研究中重要的试验平台，所谓定容燃烧弹就是在固定容积内燃烧的装置。一般用于模拟活塞在上止点附近时燃烧室中的燃烧。针对小尺度及微尺度定容燃烧装置较少，针对气体燃烧过程、火焰传播的定容燃烧装置更少。对于小尺度及微尺度定容燃烧装置周围能布置的设备空间比起常规尺寸的小很多。
而现有技术定容燃烧装置由于进出气体需要另外配置其他的管路，使得与该定容燃烧装置相配套的设备在定容燃烧装置的空间不足，且燃烧场表面对火焰传播影响较大。
故现有技术亟待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于微小尺度、减少开口对燃烧场表面的影响的单进出口微小尺度定容燃烧装置。
本发明的技术解决方案是：单进出口微小尺度定容燃烧装置，包括封闭的燃烧腔以及与该燃烧腔相连的点火装置和气体进出口管，其中在所述气体进出口管上设有转阀门切换机构，该转阀门切换机构连接有气体进口管、排气口管和具有真空泵的真空管；所述点火装置接通所述气体进出口管。
在气体进出口管上设有四通切换阀，该四通切换阀连接有气体进口管、排气口管和具有真空泵的真空管，结构可以将燃烧腔的尺寸不管是横向和纵向都可以做的很小，点火装置、进气口、出气口都有机结合在一个小口，减少这些开口对燃烧场表面的影响，同时也进一步为测量留下空间另外也为外围辅助设备留下更多的空间，由于预留空间大故尤其适用于小尺度以及微尺度的定容燃烧。
所述转阀门切换机构为四通切换阀也可以有一个或多个阀门组成获得相应的作用。
所述燃烧腔由具有凸台的透明上平板以及具有凹槽的透明下平板构成，该凸台与凹槽相适配，但凸台插入凹槽不完全密合形成燃烧腔。便于观察到火焰传播情况以及燃烧速度进行相应的测试。
还包括上压紧盖以及与上压紧盖相对设置且固定连接的下压紧盖，所述上平板顶面通过上垫片嵌入该上压紧盖，所述下平板底面嵌入下压紧盖。通过上压紧盖和下压紧盖对燃烧腔进行定位和紧固，确保燃烧腔在定容燃烧的高温高压环境下的安全工作，并且燃烧腔的特征尺度为上平板和下平板之间的间距该间距范围为0.05mm～30mm，间距大小可进行丝米级别调整。
所述上平板与所述下平板之间设有燃烧高度调整垫片。通过增减调整垫片数来调整燃烧腔的高度，完成多个燃烧项目测试。
在所述下压紧盖和/或所述上压紧盖开设有观察孔。避免在测试过程有观察视野死角出现。
所述燃烧腔为上大下小的锥形管结构。
所述燃烧腔侧壁水平截面为圆柱状或多边形柱状。
所述气体进出口管与所述上平板之间设有具有单向导通的弹片。增加了燃烧腔的密封性且使得外部影响容积空间几乎可以忽略。
在所述气体进出口管上还设有安全阀。当燃烧腔内燃烧后的气体当高于安全阀压力许可，从安全阀排出部分，保证整个装置安全。
在所述气体进出口管和/或所述上平板上设有检测单元，该检测单元对温度、压力、电离、应力、振动、成分进行检测。
在单极点火装置中只有一根中心电极，火花通过中心电极与金属管壁(壳体)或与金属管壁相连的金属条放电形成。在双极点火装置的中心有两根电极，火花通过两电极间放电形成。
在所述燃烧腔由于没有其它必须部件在当中，当量直径只和加工工艺有关。
在所述燃烧腔由于没有其它必须部件在当中，上平板和下平板最小间距，只与燃烧高度调整垫片有关。
本发明的有益效果：
由于燃烧腔侧壁由透光材料制作而成，以及在上压紧盖和/或所述上压紧盖开设观察孔，使周边用于观察及测量的空间实现最大化，尤其适用于小尺度及微尺度的燃烧测量，在气体进出口管上设有四通切换阀，该四通切换阀连接有气体进口管、排气口管和具有真空泵的真空管，减少连接管的有限直径以及连接长度；同时将点火、进气口，出气口都巧妙地结合在一个开口上，可以减少外部容积对内部的影响以及对燃烧场表面的影响。采用具有单向导通的弹片，其外部影响容积空间几乎可以忽略，提高试验的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例1单进出口微小尺度定容燃烧装置剖面结构示意图。
图2为本发明单进出口管外管路的结构示意图。
图3为本发明实施例2单进出口微小尺度定容燃烧装置剖面结构示意图。
图4为本发明实施例3方形侧壁面的单进出口微小尺度定容燃烧装置俯视结构示意图。
图5为本发明实施例4单进出口微小尺度定容燃烧装置俯视结构示意图。
图6为本发明实施例5横向小尺度的单进出口微小尺度定容燃烧装置剖面结构示意图。
图7为本发明四通结构与气体进出管合在一起的结构示意图。
图8为本发明单极点火结构的结构示意图。
图9为本发明双极点火结构的结构示意图。
图10为单向导通弹片结构示意图。
附图标记说明：1-上压紧盖，2-上平板，3-调整垫片，4-下平板5-下垫片6-下压紧盖7-观察孔8-燃烧腔9-上垫片10-点火装置11-气体进出口管12-固定螺栓，13-气体进口管，14-四通切换阀，15-排气口，16-温度压力传感器17-安全阀，18-真空泵，19-检测单元，20-进口及阀门或出口管及阀门。
具体实施方式
实施例1：
参阅图1，图2，单进出口微小尺度定容燃烧装置包括该定容燃烧装置包括上压紧盖1，上平板2，调整垫3，下平板4，下垫片5，下压紧盖6，观察孔7，燃烧腔8，上垫片9，点火装置10，气体进出口管11，固定螺栓12；其中燃烧腔8是由上平板2与下平板4构成的空间；与在与气体进出口管11相连的有温度压力传感器16，安全阀17以及四通切换阀14；四通切换阀14连接气体进口管13，排气口15，真空泵18，上平板2内嵌在上压紧盖1中，下平板4内嵌在下压紧盖5中，上、下压紧盖通过固定螺栓12相对固定连接，上平板2设有凸台与下平板4设有凹槽，本实施例凸台为圆柱体，凹槽同样为圆柱体槽，凸台与凹槽的直径大小相一致，凸台插入凹槽中形成高度为0.05mm～30mm的燃烧腔，优选为1mm-5mm，本实施例的燃烧腔8高度为2mm。燃烧所需的混合气体从气体进口管13进入通过四通切换阀14进入气体进出口管11，在之间可设置温度压力传感器16测量温度压力等。混合气体进入到通过点火装置10点火孔的狭缝进入到燃烧腔8，点火装置10点火，进行定容燃烧。同时进行相关的光学测量，如高速摄影、纹影摄影、激光诱导荧光(LIF)和激光诱导炽光(LII)、平面激光诱导荧光法(PLIF)、粒子成像测速(PIV)、相位多普勒(PDI)、双色法进行测量。其中进行纹影摄影时，可将上垫片9采用如紫铜等材料进行抛光处理后作为反射光面。当燃烧后的气体当高于安全阀17压力许可，安全阀17打开，气体从安全阀17排出部分，保证整个装置安全。整个燃烧完成后，燃烧后的气体可通过气体进出口管11进入四通切换阀14换到排气口15将压力减低大常压，再通过真空泵18抽出装置内残余气体。在上压紧盖1或/和下压紧盖6开设有贯穿至上平板2或/和下平板4的观察孔8；从观察孔7可以方便观察到圆形燃烧现象以及燃烧时湍流等造成燃烧面皱着等现象。上下平板的侧面均可以是石英玻璃，通过侧面的石英玻璃可以观察到火焰传播情况以及燃烧速度等。由于上下平板壁面没有其它开孔，有效避免多余开孔对这过程的影响，也可以通过不同的上下壁面表面特性对火焰的影响做分析及实验。可在观察孔7、侧面的石英玻璃这些位置增加加热控温装置，对初始实验温度进行调整控制。
实施例2：
参阅图3，本实施例与实施例1区别在于在上压紧盖顶部增加了两个或两个以上的检测单元19用于获得火焰传播过程压力、温度、电离、应力、振动、成分情况等等的数据，其位置并不固定。另外，通过调整检测单元19与中心不同距离，可获得火焰传播特性参数。
实施例3：
参阅图4，本实施例与实施例1的区别在于本实施例为方形侧壁面，本实施例从方形侧壁面测量及观察可以获得多种不同压力及较高压力条件下气氛参数下燃烧传播极限尺度参数，以及相关条件下的火焰传播特性。
实施例4：
参阅图5，本实施例1与实施例2的区别在于，本实施例在上压紧盖1至燃烧腔8头部增加观察口用于光路布置及观察，使本装置的观察视野没有死角。
实施例5：
参阅图6，本实施例为横向小尺度的单进出口定容燃烧，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的燃烧腔8呈上大下小的锥形管结构，本实施例可以通过旋转调整中心电极到接地电极板间距离，也可以更换接地电极板安装管获得不同材料的接地电极板。用于对点火器进行测量和实验，获得在不同气氛条件下，不同材料或不同点火距离下、点火能量点火特性，及火焰特性。
参阅图7，图7为本发明四通结构与气体进出管合在一起的结构示意图，进口及阀门或出口管及阀门20，一侧进气、一侧排气，该结构也获得四通切换阀的功能。
参阅图10，图10为可释放具有单向导通弹片结构示意图，该弹片是为了有效减少燃烧腔8外其它空间对装置影响。进气时，在顶针作用下，单向导通弹片被推开，气体能够进入到燃烧腔8内。当顶针不作用，通过单向导通弹片恢复作用密封，燃烧腔8与气体进出口管11隔着弹片，处于不完全密封状态。点火后，燃烧腔8压力大于进出口管11，弹片在这个压力差作用下，压紧密封，燃烧腔8与气体进出口管11之间完全隔离不透气，有效减少气体进出口管11及其附属件的空间对燃烧腔的影响。排气时，通过顶针作用下，弹片被推开，燃烧腔8与气体进出口管11空间相连，燃烧后的气体可通过气体进出口管11进入四通切换阀14换到排气口15将压力减低大常压，然后再通过真空泵18抽出装置内残余气体。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.单进出口微小尺度定容燃烧装置，包括封闭的燃烧腔以及与该燃烧腔相连的点火装置和气体进出口管，其特征在于：在所述气体进出口管上设有转阀门切换机构，该转阀门切换机构连接有气体进口管、排气口管和连通真空泵的真空管；所述点火装置接通所述气体进出口管。
2.根据权利要求1所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于：所述燃烧腔由具有凸台的透明上平板以及具有凹槽的透明下平板构成，该凸台与凹槽相适配，但凸台插入凹槽不完全密合形成燃烧腔。
3.根据权利要求1所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于：还包括上压紧盖以及与上压紧盖相对设置且固定连接的下压紧盖，所述上平板顶面通过上垫片嵌入该上压紧盖，所述下平板底面嵌入下压紧盖。
4.根据权利要求2所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于：所述上平板与所述下平板之间设有燃烧高度调整垫片，所述燃烧腔高度为0.05mm～30mm。。
5.根据权利要求3所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于：在所述下压紧盖和/或所述上压紧盖开设观察孔。
6.根据权利要求1所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于：所述燃烧腔为上大下小的锥形管结构或为圆柱状或为多边形柱状。
7.根据权利要求1所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于：所述转阀门切换机构为四通切换阀。
8.根据权利要求1所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于，所述气体进出口管与所述上平板之间设有可释放的具有单向导通的弹片。
9.根据权利要求1所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于，在所述气体进出口管上还设有安全阀。
10.根据权利要求2所述的单进出口微小尺度定容燃烧装置，其特征在于，在所述气体进出口管和/或所述上平板上设有检测单元，该检测单元对温度、压力、电离、应力、振动、成分进行检测。
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