CN106153817A - 一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，包括燃料进料系统、雾化系统、稳流预混系统，本生灯系统和本生灯进气系统，进油系统与雾化系统连接，雾化系统与稳流预混系统连接，稳流预混系统与本生灯系统连接，本生灯系统与本生灯进气系统连接。本发明适用于液体碳氢燃料层流火焰燃烧速度的测量，从而为各类燃烧器设计和化学反应模型验证提供参考。

Description

一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置
技术领域
本发明涉及液体碳氢燃料层流燃烧速度的检测，具体指一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置。
背景技术
液体碳氢燃料主要由石油炼制，如常见的汽油、柴油以及航空煤油等，其能量密度大且易获得，目前仍是各类热动力机械的主要能量来源。常见的液体碳氢燃料具有较大的分子量和黏性，故使其在各类热动设备里充分燃烧具有一定难度，而研究层流燃烧速度对充分认识燃料的燃烧特性具有重要帮助，这对提高碳氢燃料的燃烧效率具有重要意义。
本生灯装置操作方便、结构简单，是测量层流燃烧速度的常用方法，但目前常见用于气体燃料。此外，在传统的本生灯装置中，燃料从底部进入，而空气由两侧进入并与燃料混合，并不完全适用于本发明考虑的液体碳氢燃料，故本发明对传统的本生灯装置做了改进，以使其适用于液体碳氢燃料层流火焰燃烧速度的测量，从而为各类燃烧器设计和化学反应模型验证提供参考。
发明内容
本发明的目的是一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，包括燃料进料系统、雾化系统、稳流预混系统，本生灯系统和本生灯进气系统，进油系统与雾化系统连接，雾化系统与稳流预混系统连接，稳流预混系统与本生灯系统连接，本生灯系统与本生灯进气系统连接；
所述燃料进料系统包括油箱、燃料发射泵和控制箱，所述油箱燃料出口通过管道连接燃料发射泵燃料入口，控制箱电性连接燃料发射泵；
所述雾化系统的燃料入口通过管道连接燃料发射泵燃料出口，雾化系统与燃料发射泵之间的管道上设有第一转子流量计，第一转子流量计电性连接控制箱；
所述稳流预混系统包括第二空气泵、第一音速喷嘴流量计和稳流预混管，所述稳流预混管燃料入口的中心设有一个中心孔，所述稳流预混管的中心孔通过管道与雾化系统的燃料出口连接；中心孔的周向均匀设有三个空气进气孔；所述第二空气泵的出口设有一条总管A，总管A上设有第一音速喷嘴流量计，总管A的出口设有3条支管A，所述的3条支管A分别与稳流预混管的三个空气进气孔相连接，且3条支管A与稳流预混管的三个空气进气孔的连接处均设有旋流片；
所述本生灯系统包括本生灯，所述本生灯底部中心设有一个中心孔，中心孔的周向均匀设有三个空气进气孔；所述本生灯的中心孔通过管道与稳流预混管的燃料出口连接，所述本生灯的中心孔与稳流预混管的管道上设有第一伴热带，第一伴热带与本生灯的中心孔之间设有第一热电偶；
所述本生灯进气系统包括第二伴热带、第二音速喷嘴流量计、第三空气泵和第二热电偶，所述第三空气泵的出口设有总管B，总管B的出口设有3条支管B，所述的3条支管B分别与本生灯底部的三个空气进气孔相连接，且3条支管B与本生灯底部的三个空气进气孔的连接处均设有旋流片；在所述总管B上，沿第三空气泵至本生灯的方向上依次设有第二音速喷嘴流量计、第二伴热带和第二热电偶。
进一步，所述雾化系统包括第一空气泵、第二转子流量计和石英玻璃雾化器，所述第一空气泵的出口通过管道与石英玻璃雾化器的进气口连接，石英玻璃雾化器燃料入口通过管道连接燃料发射泵燃料出口，石英玻璃雾化器的燃料出口通过管道连接稳流预混管的中心孔；所述第二转子流量计设于第一空气泵与石英玻璃雾化器之间的管道上。
进一步，所述雾化系统包括高压喷嘴，所述高压喷嘴的燃料入口通过管道连接燃料发射泵燃料出口，高压喷嘴的喷嘴连接稳流预混管的中心孔。
进一步，所述本生灯系统还包括本生灯底座，所述本生灯底座设于实验台上。
所述的本生灯包括本生灯底座、预混段和稳流段。本生灯底座安置在实验台上，底部的中心孔和三个空气进气孔，同向进入的空气和燃料在预混段内先发生混合，随后一同进入扩张后的稳流段，并在本生灯出口位置点火形成火焰。
所述的稳流预混管是液体碳氢燃料雾化及与空气预混的场所。入口的中心孔为石英玻璃雾化器(或者高压喷嘴)的连接孔，中心孔周向以等边三角形的形式均匀分布三个空气进气孔，且加装的旋流片用来改变进气流动方式，从而促进中心液体燃料的雾化。初步预混的燃料与空气随后通过一个扩张的稳流段，形成回流区，以稳定混气流速。
所述的石英玻璃雾化器(或高压喷嘴)用于液体碳氢燃料雾化。
所述的第一转子流量计检测出油流量，并将流量信号传送给控制箱，控制箱通过控制燃料发射泵的工作状态调节出油流量。
所述的第一热电偶用来监测进入本生灯前的燃料温度，第二热电偶用来监测进入本生灯前的空气温度，以考察不同温度条件对液体碳氢燃料层流燃烧速度的影响。
所述的第一伴热带用来预热预混气，第二伴热带用来预热进入本生灯实验装置的空气，前者是为了促进液体燃料的充分蒸发汽化，后者是为了提供可变的进气温度。
有益效果：
(1)所述的本生灯实验装置具有操作方便、结构简单的特点。
(2)燃油初次雾化时既可采用石英玻璃雾化器也可采用高压油喷嘴进行液体燃料雾化。
(3)稳流预混管和本生灯的燃料进口处均采用三股高速旋流强化对燃料的雾化及相互混合，这对燃料的雾化及燃料与空气的相互混合有很好的促进。
(4)本生灯燃料与空气进口前加装伴热带及热电偶，一方面可进一步促使液体碳氢燃料充分蒸发雾化，另一方面可获得不同的进气温度，实现不同温度条件下层流火焰特性的实验研究。
(5)所述的本生灯实验装置改变了本生灯传统的进气方式，本发明中本生灯的燃料的进入和空气的进入都是从下往上，是同向的；且雾化装置、旋流片、伴热带的采用将实验燃料扩展到液体碳氢燃料中，可为各类燃烧器设计和化学反应模型验证提供参考。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为稳流预混管的结构示意图，其中，A为进料端的视图，B为整体示意图；
图3为本生灯的结构示意图，其中，A为中心剖面图，B为仰视图。
图中：1-油箱，2-燃料发射泵，3-第一转子流量计，4-控制箱，5-第一空气泵，6-第二转子流量计，7-石英玻璃雾化器，8-第二空气泵，9-第一音速喷嘴流量计，10-稳流预混管，11-第一伴热带，12-第一热电偶，13-本生灯，14-本生灯底座，15-第二伴热带，16-第二音速喷嘴流量计，17-第三空气泵，18-第二热电偶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，包括燃料进料系统、雾化系统、稳流预混系统，本生灯系统和本生灯进气系统，进油系统与雾化系统连接，雾化系统与稳流预混系统连接，稳流预混系统与本生灯系统连接，本生灯系统与本生灯进气系统连接；
所述燃料进料系统包括油箱1、燃料发射泵2和控制箱4，所述油箱1燃料出口通过管道连接燃料发射泵2燃料入口，控制箱4电性连接燃料发射泵2；
所述雾化系统的燃料入口通过管道连接燃料发射泵2燃料出口，雾化系统与燃料发射泵2之间的管道上设有第一转子流量计3，第一转子流量计3电性连接控制箱4；
所述稳流预混系统包括第二空气泵8、第一音速喷嘴流量计9和稳流预混管10，所述稳流预混管10燃料入口的中心设有一个中心孔，所述稳流预混管10的中心孔通过管道与雾化系统的燃料出口连接；中心孔的周向均匀设有三个空气进气孔；所述第二空气泵8的出口设有一条总管A，总管A上设有第一音速喷嘴流量计9，总管A的出口设有3条支管A，所述的3条支管A分别与稳流预混管10的三个空气进气孔相连接，且3条支管A与稳流预混管10的三个空气进气孔的连接处均设有旋流片；所述稳流预混管10的结构见图2。
所述本生灯系统包括本生灯13，所述本生灯13底部中心设有一个中心孔，中心孔的周向均匀设有三个空气进气孔；所述本生灯13的中心孔通过管道与稳流预混管10的燃料出口连接，所述本生灯13的中心孔与稳流预混管10的管道上设有第一伴热带11，第一伴热带11与本生灯13的中心孔之间设有第一热电偶12；所述本生灯的结构见图3。
所述本生灯进气系统包括第二伴热带15、第二音速喷嘴流量计16、第三空气泵17和第二热电偶18，所述第三空气泵17的出口设有总管B，总管B的出口设有3条支管B，所述的3条支管B分别与本生灯13底部的三个空气进气孔相连接，且3条支管B与本生灯13底部的三个空气进气孔的连接处均设有旋流片；在所述总管B上，沿第三空气泵17至本生灯13的方向上依次设有第二音速喷嘴流量计16、第二伴热带15和第二热电偶18。
所述雾化系统包括第一空气泵5、第二转子流量计6和石英玻璃雾化器7，所述第一空气泵5的出口通过管道与石英玻璃雾化器7的进气口连接，石英玻璃雾化器7燃料入口通过管道连接燃料发射泵2燃料出口，石英玻璃雾化器7的燃料出口通过管道连接稳流预混管10的中心孔；所述第二转子流量计6设于第一空气泵5与石英玻璃雾化器7之间的管道上。
所述雾化系统包括高压喷嘴，所述高压喷嘴的燃料入口通过管道连接燃料发射泵2燃料出口，高压喷嘴的喷嘴连接稳流预混管10的中心孔。
所述本生灯系统还包括本生灯底座14，所述本生灯底座14设于实验台上。
下面，对本发明所述的装置的工作原理进行描述：
(1)储存在油箱1中的液体碳氢燃料经由燃油发射泵2和第一转子流量计3通过石英玻璃雾化器7的燃料入口进入石英玻璃雾化器7，燃油流量由燃料发射泵2的推进速度控制，控制箱4用来检测转子流量计3发出的信号以及调节燃料发射泵2的推进速度出油量。
(2)由第一空气泵5流出的空气经第二转子流量计6通过石英玻璃雾化器7的进气口进入石英玻璃雾化器7，从而对碳氢燃料进行一次雾化。此处第一空气泵5、第二转子流量计6和石英玻璃雾化器7可直接替换为高压喷嘴，液体燃料可直接经燃油发射泵2和第一转子流量计3由高压喷嘴进行一次雾化，这样可以省去图1中5、6部分所述的进气过程。
(3)预混气进入稳流预混管10中，由第二空气泵8流出的空气经第一音速喷嘴流量计9形成三股高速气流，经过旋流片在预混管内形成旋流，从而对初次雾化的燃料进行二次雾化，加速燃料与空气的掺混，随后混合气流经扩张的稳流段实现稳流。从稳流预混管10出来的混合气在进入本生灯前经过一段伴热带进行预热，实现燃油的充分蒸发汽化。第一热电偶12用来监测进入本生灯前的燃料温度。
(4)在进入本生灯前，混气管道末端设置有第二热电偶18对预混气温度进行监控。第三空气泵17流出的空气经过第二音速喷嘴流量计16、第二伴热带15形成三股高速气流，同样经旋流片后对本生灯13底部的进气混合气实现第三次雾化，从而实现液体碳氢燃料的充分雾化及与空气的掺混，最终的预混气随后进入本生灯的稳流段，并在出口处点火形成火焰。本次进气可以改变进气量以获得不同的空燃比，以及改变进气温度以实现不同温度燃料与氧化剂的混合，从而获得具有不同燃烧特性的本生灯火焰。

Claims (4)

1.一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，其特征在于，包括燃料进料系统、雾化系统、稳流预混系统，本生灯系统和本生灯进气系统，进油系统与雾化系统连接，雾化系统与稳流预混系统连接，稳流预混系统与本生灯系统连接，本生灯系统与本生灯进气系统连接；
所述燃料进料系统包括油箱(1)、燃料发射泵(2)和控制箱(4)，所述油箱(1)燃料出口通过管道连接燃料发射泵(2)燃料入口，控制箱(4)电性连接燃料发射泵(2)；
所述雾化系统的燃料入口通过管道连接燃料发射泵(2)燃料出口，雾化系统与燃料发射泵(2)之间的管道上设有第一转子流量计(3)，第一转子流量计(3)电性连接控制箱(4)；
所述稳流预混系统包括第二空气泵(8)、第一音速喷嘴流量计(9)和稳流预混管(10)，所述稳流预混管(10)燃料入口的中心设有一个中心孔，所述稳流预混管(10)的中心孔通过管道与雾化系统的燃料出口连接；中心孔的周向均匀设有三个空气进气孔；所述第二空气泵(8)的出口设有一条总管A，总管A上设有第一音速喷嘴流量计(9)，总管A的出口设有3条支管A，所述的3条支管A分别与稳流预混管(10)的三个空气进气孔相连接，且3条支管A与稳流预混管(10)的三个空气进气孔的连接处均设有旋流片；
所述本生灯系统包括本生灯(13)，所述本生灯(13)底部中心设有一个中心孔，中心孔的周向均匀设有三个空气进气孔；所述本生灯(13)的中心孔通过管道与稳流预混管(10)的燃料出口连接，所述本生灯(13)的中心孔与稳流预混管(10)的管道上设有第一伴热带(11)，第一伴热带(11)与本生灯(13)的中心孔之间设有第一热电偶(12)；
所述本生灯进气系统包括第二伴热带(15)、第二音速喷嘴流量计(16)、第三空气泵(17)和第二热电偶(18)，所述第三空气泵(17)的出口设有总管B，总管B的出口设有3条支管B，所述的3条支管B分别与本生灯(13)底部的三个空气进气孔相连接，且3条支管B与本生灯(13)底部的三个空气进气孔的连接处均设有旋流片；在所述总管B上，沿第三空气泵(17)至本生灯(13)的方向上依次设有第二音速喷嘴流量计(16)、第二伴热带(15)和第二热电偶(18)。
2.根据权利要求1所述的一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，其特征在于，所述雾化系统包括第一空气泵(5)、第二转子流量计(6)和石英玻璃雾化器(7)，所述第一空气泵(5)的出口通过管道与石英玻璃雾化器(7)的进气口连接，石英玻璃雾化器(7)燃料入口通过管道连接燃料发射泵(2)燃料出口，石英玻璃雾化器(7)的燃料出口通过管道连接稳流预混管(10)的中心孔；所述第二转子流量计(6)设于第一空气泵(5)与石英玻璃雾化器(7)之间的管道上。
3.根据权利要求1所述的一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，其特征在于，所述雾化系统包括高压喷嘴，所述高压喷嘴的燃料入口通过管道连接燃料发射泵(2)燃料出口，高压喷嘴的喷嘴连接稳流预混管(10)的中心孔。
4.根据权利要求1所述的一种测量碳氢燃料层流火焰燃烧速度的本生灯实验装置，其特征在于，所述本生灯系统还包括本生灯底座(14)，所述本生灯底座(14)设于实验台上。
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