CN106765100A - 一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块 - Google Patents

一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，以保证燃烧器表面产生的火焰稳定均匀，同时通过燃烧器单体的不同摆放和组合方式实现不同大小和长宽比的燃烧器表面尺寸和形状。该多孔燃烧器组合模块中每个燃烧器单体完全相同，燃烧器单体包括燃烧器表面喷口、中部整流空腔、进气口、可伸缩底座支架。燃烧器单体表面形状均为正方形，保证了燃烧器表面出口气流的均匀性。采用多个方形燃烧器单体拼接成长宽比大的线性燃烧器组合模块，弥补了单个线性燃烧器两端无气流的缺陷。本发明以共16个燃烧器单体为实施例，通过摆放和组合可以实现共27种不同表面尺寸和形状的燃烧器组合模块，在满足实验需求的同时大大节约了生产成本。

Description

一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块
技术领域
本发明属于火灾安全技术领域，涉及一种可用于模拟气体火源的多孔燃烧器，尤其涉及一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块。
背景技术
目前，公知的燃烧器是工业锅炉用和民用燃气灶具的重要组成部分，为了燃料燃烧完全，主要采用同时向燃烧器供应燃气和空气的预混燃烧方式，且一般的燃油燃烧器喷口因燃油气化不完全容易发生结焦和堵塞。而在火灾安全技术研究领域，可燃液体、可燃固体和可燃气体是三类典型的用于模拟火源的燃料。通常我们将以可燃气体为燃料的模拟火源称为多孔气体燃烧器，可燃气体穿过燃烧器表面所钻的细孔与外界空气接触形成扩散燃烧方式。由于液体和固体燃料的燃烧同时受空气卷吸速率和来自火焰及周围环境的热反馈的影响，很难从物理机理上推导和揭示燃烧速率和火焰高度等火灾关键参数的变化规律。而辐射热反馈对气体火源的燃烧影响较小，火焰高度只与气体流量和燃烧器表面尺寸和形状有关。因此多孔气体燃烧器的使用提供了一种建立火源稳定燃烧理论模型的有效方式，并在此理论模型基础上可以进一步分析辐射的影响。
前人研究中，多孔气体燃烧器表面形状多为不同长宽比的矩形，通过设置不同的火源功率来分析稳定火焰的燃烧特性。Gao等人定量研究了边长为15cm的方形多孔气体燃烧器在火源功率为15.94-106.28kW时在开放空间和模型隧道内产生的火焰高度。Kamikawa等人用边长为15cm的方形多孔气体燃烧器为火源定量研究了单个火源功率在0.5-2.0kW时的多火源方形阵列(2×2-5×5)的火焰高度。Sugawa和Takahash研究了两个线性火源在不同间距下的火焰高度，所用多孔气体燃烧器长宽比分别为20:1和40:1。Hu等人在模型隧道内定量研究了边长为30cm的方形多孔气体燃烧器在火源功率为20-120kW时的顶棚下方温度分布；所用燃烧器由2mm厚的钢板焊接，燃烧器表面共钻有361个直径为3mm的小孔，孔间距为15mm，燃烧器内壁最近的钻孔到内壁的距离为7.5mm。上述研究都没有全面涉及多孔气体燃烧器的立体空间构造。现有的用于模拟火源的燃烧器均由单个燃烧器构成，为了模拟不同火源表面尺寸和形状的燃烧，改变一种火源尺寸就需要设计一个新的燃烧器，从经济性和实用性角度考虑均欠理想。同时，对于长宽比较大的线性燃烧器，燃烧器中间部分气流较大，而纵向末端部分通常没有气流，导致火焰均匀性较差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，以保证燃烧器表面产生的火焰稳定均匀，同时通过燃烧器单体的不同摆放和组合方式实现不同大小和长宽比的燃烧器表面尺寸和形状。
本发明采用的技术方案为：
一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，包括若干个燃烧器单体，每个燃烧器单体完全相同。
所述燃烧器单体包括燃烧器表面喷口、中部整流空腔、进气口、可伸缩底座支架。
所述燃烧器表面喷口，由不锈钢金属材料制成，整体形状为边长15cm的正方形，正方形的内部钻有细小的圆形通孔，通孔中心的横向和纵向间距相同。
所述中部整流空腔，包括竖向四棱柱空腔和锥形体空腔；竖向四棱柱空腔与燃烧器表面喷口相连接；锥形体空腔与竖向四棱柱空腔无缝焊接。
所述进气口为圆柱体空腔，上表面与锥形体空腔无缝焊接。在锥形体空腔和圆柱体空腔连接处的中间区域焊接钢丝网垫，用于支撑多孔介质材料，便于气体流入中部整流空腔。
所述可伸缩底座支架，由4个圆管脚杆组成，材料为不锈钢，焊接在锥形体空腔侧面，脚杆可调节高度。
所述气体燃料，采用丙烷，避免喷口结焦和堵塞。
所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，该组合模块的燃烧器单体表面喷口正方形内部共钻有225个直径为4mm的圆形通孔，相邻通孔中心的横向和纵向间距均为10mm，离正方形侧边最近的钻孔中心到外侧壁面的距离为5mm。
所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，该组合模块的燃烧器单体的竖向四棱柱空腔顶部内壁对称两侧焊接小支撑架，用于支撑燃烧器表面喷口，且便于安装和卸下燃烧器表面喷口。
所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，该组合模块的燃烧器单体中部整流空腔用于填充的多孔介质材料可以为砂子、钢珠、陶瓷颗粒等。
所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，该组合模块的燃烧器单体可伸缩底座支架的每个脚杆上部细，下部粗，二者通过螺纹无缝相连并由卡套固定，通过旋转螺纹可调节支架的高度。
所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，以共16个燃烧器单体为实施例，每个燃烧器单体完全相同，当固定组合燃烧器的短边长为15cm，即1个燃烧器的边长，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在1:1到16:1之间变化，共有16种组合方式；当固定组合燃烧器的短边长为30cm，即2个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在2:2到8:2之间变化，共有7种组合方式；当固定组合燃烧器的短边长为45cm，即3个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在3:3到5:2之间变化，共有3种组合方式；当固定组合燃烧器的短边长为60cm，即4个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比为4:4，共1种组合方式；即以共16个燃烧器单体为实施例，通过摆放和组合可以实现27种不同表面尺寸和形状的燃烧器组合模块。
所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，为了说明目的，以共16个燃烧器单体为实施例来详细阐述燃烧器组合模块，发明不应限制于各个实施例，因此，根据本燃烧器单体进行任何尺寸或个数变换所做的任意长宽比的燃烧器组合模块，均属于本发明保护的范围。
本发明的优点和积极效果为：
(1)本发明中燃烧器单体表面形状均为正方形，边长15cm保证了燃烧器表面出口气流的均匀性。
(2)燃烧器表面的多孔板材使用不锈钢的金属材料，而其他部分采用一般的耐高温金属材料，即保证了使用过程中不因金属腐蚀堵塞出气孔、不因高温产生变形，又减轻了燃烧器的重量。
(3)竖向四棱柱空腔顶部内壁对称两侧焊接的小支撑架，保证了四棱柱空腔与燃烧器表面的无缝连接，可安装和卸下的燃烧器表面喷口，便于往空腔内填充多孔介质材料。
(4)本发明的可伸缩底座支架，以不锈钢为材料，稳固性高，承重能力强，在保证燃烧器表面水平的同时，还可以灵活改变燃烧器的高度。
(5)本发明所用燃料为纯丙烷气体，不易在燃烧器喷口发生结焦和堵塞。
(6)本发明采用砂子、钢珠、陶瓷颗粒等作为多孔介质材料，实现了燃烧器喷口气流均匀，整流效果好。
(7)采用多个方形燃烧器拼接成长宽比大的线性燃烧器，弥补了单个线性燃烧器两端无气流的缺陷。
(8)在制作成本方面，以共16个燃烧器单体为实施例，通过摆放和组合可以实现27种不同表面尺寸和形状的燃烧器组合模块，在满足实验需求的同时大大节约了生产成本。
(9)在实现功能方面，本发明的燃烧器单体不同摆放和组合方式不仅可用于模拟单个大面积火源的燃烧，还可通过改变燃烧器单体的间距模拟多个火源同时燃烧的情况。
附图说明
图1为本发明所述一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块的燃烧器单体结构立体图；
图2为图1中燃烧器表面喷口的俯视图；
图3为本发明所述一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块的固定组合燃烧器短边长度为1个燃烧器单体边长的俯视图；
图4为本发明所述一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块的固定组合燃烧器短边长度为2个燃烧器单体边长之和的俯视图；
图5为本发明所述一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块的固定组合燃烧器短边长度为3个燃烧器单体边长之和的俯视图；
图6为本发明所述一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块的固定组合燃烧器短边长度为4个燃烧器单体边长之和的俯视图；
图中标号：1-燃烧器表面喷口；2-燃烧器表面支撑架；3-竖向四棱柱空腔；4-锥形体空腔；5-进气口；6-钢丝网垫；7-可伸缩底座支架；8-钻孔；9-燃烧器单体。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，以共16个燃烧器单体为实施例，每个燃烧器单体完全相同。
参见图1，燃烧器单体包括燃烧器表面喷口1、燃烧器表面支撑架2、竖向四棱柱空腔3、锥形体空腔4、进气口5、钢丝网垫6和可伸缩底座支架7。燃烧器表面喷口1由2mm厚的不锈钢金属材料制成，整体形状为正方形，通过燃烧器表面支撑架2与竖向四棱柱空腔3无缝连接；竖向四棱柱空腔3和锥形体空腔4无缝焊接，均由2mm厚的一般耐高温金属材料制成，高度均为6cm，通过填充多孔介质材料来整流，其中，一般耐高温金属材料如铁、不锈钢等；进气口5为圆柱体空腔，高度为5cm，直径为3cm，上表面与锥形体空腔4无缝焊接；钢丝网垫6焊接在锥形体空腔4和进气口5的连接处；可伸缩底座支架7由4个圆管脚杆组成，材料为不锈钢，焊接在锥形体空腔侧面，每个脚杆上部细，下部粗，二者通过螺纹无缝相连并由卡套固定，通过旋转螺纹可调节支架的高度。气体燃料例如采用纯度不小于95％的丙烷，避免喷口结焦和堵塞。
参见图2，燃烧器表面喷口1整体形状为边长15cm的正方形，正方形内部共钻有225个直径为4mm的圆形通孔，通孔中心的横向和纵向间距均为10mm，离正方形侧边最近的钻孔中心到外侧壁面的距离为5mm。为保证喷出气体为浮力驱动的湍流扩散燃烧，燃烧器单体的出口气体流量控制在0.9-4.2m3/h，对应的火源功率为24-111kW，对于实施例中最多可组合的16个燃烧器单体，最大火源功率可达1776kW，因此在本发明中，可以实现火源功率在24-1776kW之间变化，足以满足火灾研究的需求。
参见图3，以共16个燃烧器单体为实施例，当固定组合燃烧器的短边长为15cm，即1个燃烧器的边长，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在1:1到16:1之间变化，共有16种组合方式。
参见图4，以共16个燃烧器单体为实施例，当固定组合燃烧器的短边长为30cm，即2个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在2:2到8:2之间变化，共有7种组合方式。
参见图5，以共16个燃烧器单体为实施例，当固定组合燃烧器的短边长为45cm，即3个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在3:3到5:2之间变化，共有3种组合方式。
参见图6，以共16个燃烧器单体为实施例，当固定组合燃烧器的短边长为60cm，即4个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比为4:4，共1种组合方式。
因此，以共16个燃烧器单体为实施例，通过摆放和组合可以实现27种不同表面尺寸和形状的燃烧器组合模块。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，其特征在于：包括若干个燃烧器单体，每个燃烧器单体完全相同，所述燃烧器单体包括燃烧器表面喷口、中部整流空腔、进气口、可伸缩底座支架，其中，
所述燃烧器表面喷口，由不锈钢金属材料制成，整体形状为边长15cm的正方形，正方形的内部钻有细小的圆形通孔，通孔中心的横向和纵向间距相同；
所述中部整流空腔，包括竖向四棱柱空腔和锥形体空腔；竖向四棱柱空腔与燃烧器表面喷口相连接；锥形体空腔与竖向四棱柱空腔无缝焊接；
所述进气口为圆柱体空腔，上表面与锥形体空腔无缝焊接，在锥形体空腔和圆柱体空腔连接处的中间区域焊接钢丝网垫，用于支撑多孔介质材料，便于气体流入中部整流空腔；
所述可伸缩底座支架，由4个圆管脚杆组成，材料为不锈钢，焊接在锥形体空腔侧面，脚杆可调节高度；
所述气体燃料，采用丙烷，避免喷口结焦和堵塞。
2.根据权利要求1所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，其特征在于：该组合模块的燃烧器单体表面喷口正方形内部共钻有225个直径为4mm的圆形通孔，相邻通孔中心的横向和纵向间距均为10mm，离正方形侧边最近的钻孔中心到外侧壁面的距离为5mm。
3.根据权利要求1所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，其特征在于：该组合模块的燃烧器单体的竖向四棱柱空腔顶部内壁对称两侧焊接小支撑架，用于支撑燃烧器表面喷口，且便于安装和卸下燃烧器表面喷口。
4.根据权利要求1所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，其特征在于：该组合模块的燃烧器单体中部整流空腔用于填充的多孔介质材料可以为砂子、钢珠或陶瓷颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，其特征在于：该组合模块的燃烧器单体可伸缩底座支架的每个脚杆上部细，下部粗，二者通过螺纹无缝相连并由卡套固定，通过旋转螺纹可调节支架的高度。
6.根据权利要求1所述的一种可模拟不同尺寸、形状气体火源的多孔燃烧器组合模块，其特征在于：燃烧器单体数量为16个，每个燃烧器单体完全相同，当固定组合燃烧器的短边长为15cm，即1个燃烧器的边长，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在1:1到16:1之间变化，共有16种组合方式；当固定组合燃烧器的短边长为30cm，即2个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在2:2到8:2之间变化，共有7种组合方式；当固定组合燃烧器的短边长为45cm，即3个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比在3:3到5:2之间变化，共有3种组合方式；当固定组合燃烧器的短边长为60cm，即4个燃烧器边长之和，通过并排不同的燃烧器单体个数，可以实现组合燃烧器的长宽比为4:4，共1种组合方式；即以共16个燃烧器单体为实施例，通过摆放和组合可以实现27种不同表面尺寸和形状的燃烧器组合模块。
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