CN107045038A - 一种单液滴燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单液滴燃烧系统，包括液滴输送单元、燃烧器单元、供气单元以及记录单元，液滴输送单元包括导轨底座、步进电机、滚珠丝杆、滑块、支架与微型坩埚，滚珠丝杆与滑块连接，滑块连接支架，微型坩埚固定在支架一端，用来盛放单液滴；燃烧器单元包括底座、外壳以及多孔燃烧盘，多孔燃烧盘上部设有外层挡圈，外层挡圈与多孔燃烧盘形成高温区，供气单元包括鼓风设备和燃料气瓶；记录单元为连接计算机的高速摄像设备，对单液滴燃烧过程进行拍摄。与现有技术相比，本发明燃烧器能产生700K‑1500K的高温范围，实现单液滴快速蒸发燃烧；通过采用微型坩埚将单液滴推送至高温区，便于研究单液滴在高温下的燃烧过程，适合各种粘度的单液滴。

Description

一种单液滴燃烧系统

技术领域

本发明属于内燃机燃烧技术领域，具体涉及一种单液滴燃烧系统。

背景技术

缸内直喷和增压已成为当今汽油机技术的主流方向，然而，随着发动机小型化和动力性的提高，增压汽油直喷发动机出现了一种新的异常燃烧现象——早燃，早燃严重影响着发动机性能和使用寿命。润滑油液滴窜入发动机燃烧室诱发低速早燃被认为是其中的一个重要因素，因此，研究润滑油单液滴的燃烧过程尤为必要。但目前，针对于单液滴燃烧过程的实验设备比较缺乏，相关技术的液滴生成器大多针对低粘度液体燃料，难以满足润滑油等高粘度液体的使用。

申请号为201310226776.0的中国专利公开了一种高温高压单液滴蒸发与燃烧装置，包括供气装置，与所述供气装置连接的燃烧蒸发弹体，位于所述燃烧蒸发弹体上部的单液滴发生器和单液滴发生器冷却装置，以及通过导线与所述燃烧蒸发弹体连接的控制单元；所述供气所述单液滴发生器包括位于其内部的压电片式喷射器；所述单液滴发生器冷却装置包括与所述单液滴发生器连接的水泵和位于所述单液滴发生器内部的热电偶丝温度传感器，该专利能够实现对微小液滴蒸发与燃烧特性的研究，但该装置使用的是压电片式喷射器，主要依靠液体腔室内容积的细小变化来产生单液滴，对于粘性较大的液体例如润滑油不适用；该装置产生的高温方式是使用热电偶加热空气进而通过空气加热液滴，使其蒸发燃烧，此方式能够产生的温度变化范围有限，不能直接在液滴下落过程中将液滴完全蒸发燃烧，且未燃烧的液滴会残留在燃烧弹体内，对液滴燃烧蒸发的拍摄以及温度场的稳定性有一定的负面影响。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种单液滴燃烧系统，用于研究单液滴燃烧过程。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种单液滴燃烧系统，包括输送单液滴的液滴输送单元、提供高温环境的燃烧器单元、为燃烧器单元提供气体燃料的供气单元以及记录单液滴燃烧状态的记录单元，所述的液滴输送单元设于燃烧器单元的上部，包括导轨底座、设于导轨底座上的步进电机、与步进电机的主轴连接的滚珠丝杆，滚珠丝杆的另一端与设于导轨底座上的滑块连接，所述的滑块设有支架，支架的末端安装盛放单液滴的微型坩埚；所述的燃烧器单元包括底座、设于底座上的外壳以及设于外壳上部的多孔燃烧盘，所述的多孔燃烧盘上部设有外层挡圈，所述的外层挡圈与多孔燃烧盘形成高温区，高温区的高度为40-70mm，高温区内设有连接计算机的温度传感器；所述的供气单元设于燃烧器单元下部，包括提供空气协流的鼓风设备和燃料气瓶，所述的鼓风设备和燃料气瓶的输出端分别连接气管，气管汇合后通入燃烧器单元；所述的记录单元为连接计算机的高速摄像设备，所述的高速摄像设备对单液滴燃烧状态进行摄像。

所述的外层挡圈外表面环绕设有由多圈紫铜管缠绕形成的冷却水套，所述的外层挡圈避免环境空气对多孔燃烧盘协流火焰造成影响，冷却水套通过冷却使外层挡圈的辐射降低。所述的外层挡圈与多孔燃烧盘上表面的凸台过盈配合密封，所述的冷却水套通过卡箍贴合在外层挡圈的外表面。

所述的冷却水套通过水管从冷却水池中泵水进行冷却，所述的冷却水池内设有连接计算机的温度传感器。

所述的燃烧器单元壳体内部设有火焰捕集器，所述的火焰捕集器由网板以及设于网板上的玻璃珠组成，所述的玻璃珠直径为2-3mm，填充高度为30mm，所述的火焰捕集器由设于壳体内部的支撑套支撑，火焰捕集器和支撑套与外壳的内壁紧密贴合，支撑套的下端与底座贴合，火焰捕集器可促进由下方进来的协流混合气均匀混合，同时避免火焰向燃料源传播。

所述燃烧器单元的底座与外壳进行焊接密封，底座设有将供气单元的混合气通入的协流进气孔。

所述的多孔燃烧盘由黄铜制成，多孔燃烧盘上均匀分布直径为1.6mm的通孔，用以形成稳定的火焰，起到防止发生回火的作用，多孔燃烧盘通过凸台与外壳上端面过盈配合密封。

所述的鼓风设备输出端的管路上设有流量计、连接计算机的压力传感器和温度传感器，所述的燃料气瓶输出端的管路上设有减压阀、流量计、连接计算机的压力传感器和温度传感器，所述的鼓风设备为鼓风机。

所述的支架是直径为3mm的圆柱钢材，所述的微型坩埚安装在圆柱钢材的末端。

所述的高速摄像设备由高速摄像机、连接至计算机的数据线、配套电源以及配套软件组成。

本发明工作过程为，步进电机带动滚珠丝杆运动，滑块与滚珠丝杆啮合，滚珠丝杆推动滑块沿导轨底座直线运动，支架与滑块通过螺栓固定连接，与滑块一同运动，在支架的末端安装微型坩埚，单液滴盛放在微型坩埚内，微型坩埚开口朝上，步进电机将微型坩埚中的单液滴快速推至高温区上方在微型坩埚内燃烧；气体燃料与鼓风设备输出的空气在管路中混合形成预混合气，输送到燃烧器单元中，减压阀控制气体燃料的通断，流量计测量空气和气体燃料的流量，通过调节气体燃料的流量改变空燃比，控制燃烧器上方火焰温度。通过高速摄像机直接拍摄单液滴燃烧过程，配套电源为高速摄像机供电，数据线连接高速摄像机和计算机，高速摄像机记录的数据通过数据线传输到计算机，配套软件控制高速摄像机的拍摄参数；温度传感器、压力传感器采集的数据传输到处理器进行数据转换处理，再传输到电脑进行储存读取，控制实验过程。

与现有技术相比，本发明燃烧器能够产生700K-1500K的宽域高温范围，高温区温度稳定，可实现上部微型坩埚内的单液滴快速蒸发燃烧；通过采用微型坩埚将液体燃料推送至高温区，便于研究液体燃料在高温状态的燃烧过程，不仅适合低粘度单液滴，还适合高粘度液滴。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明燃烧器单元的剖视图；

图中：1-导轨底座；2-步进电机；3-滚珠丝杆；4-滑块；5-微型坩埚；6-温度传感器；7-高速摄像设备；8-计算机；9-鼓风设备；10-燃料气瓶；11-流量计；12-减压阀；13-底座；14-冷却水池；15-水管；16-底座；17-外壳；18-多孔燃烧盘；19-火焰捕集器；20-外层挡圈；21-冷却水套；22-支撑套；23-协流进气孔；24-支架；25-高温区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种单液滴燃烧系统，如图1所示，包括输送单液滴的液滴输送单元、提供高温环境的燃烧器单元、为燃烧器单元提供气体燃料的供气单元以及记录单液滴燃烧状态的记录单元。

液滴输送单元设于燃烧器单元的上部，由导轨底座1、步进电机2、滚珠丝杆3、滑块4和支架24组成，支架24的末端安装盛放单液滴的微型坩埚5，支架是直径为3mm的圆柱钢材，微型坩埚安装在圆柱钢材的末端，步进电机2带动滚珠丝杆3转动，滑块4与滚珠丝杆3啮合，滚珠丝杆3推动滑块4沿导轨底座1直线运动，支架24与滑块4通过螺栓固定连接，与滑块4一同运动。

如图2所示，燃烧器单元包括底座16、设于底座16上的外壳17以及设于外壳17上部的多孔燃烧盘18，多孔燃烧盘18上部设有外层挡圈20，外层挡圈20与多孔燃烧盘18形成高温区25，高温区25内设有连接计算机8的温度传感器6，外层挡圈20外表面环绕设有由多圈紫铜管缠绕形成的冷却水套21，冷却水套21通过水管15从冷却水池14中泵水进行冷却，冷却水池14内设有连接计算机8的温度传感器6，燃烧器单元壳体17内部设有火焰捕集器19，火焰捕集器19由网板以及设于网板上的玻璃珠组成，玻璃珠直径为2-3mm，填充高度为30mm，火焰捕集器19由设于壳体17内部的支撑套22支撑，火焰捕集器19和支撑套22与外壳17的内壁紧密贴合，支撑套22的下端与底座16贴合，燃烧器单元的底座16与外壳17进行焊接密封，底座13设有将供气单元的混合气通入的协流进气孔23，多孔燃烧盘18由黄铜制成，多孔燃烧盘18上均匀分布直径为1.6mm的通孔，多孔燃烧盘18通过凸台与外壳17上端面过盈配合密封。

供气单元设于燃烧器单元下部，包括提供空气协流的鼓风设备9和燃料气瓶10，鼓风设备9和燃料气瓶10的输出端分别连接气管，气管汇合后通入燃烧器单元，鼓风设备9输出端的管路上设有流量计11、连接计算机8的压力传感器13和温度传感器6，燃料气瓶10输出端的管路上设有减压阀12、流量计11、连接计算机8的压力传感器11和温度传感器6，鼓风设备9为鼓风机。

记录单元为连接计算机的高速摄像设备，高速摄像设备对单液滴燃烧状态进行摄像，高速摄像设备7由高速摄像机、连接至计算机8的数据线、配套电源以及配套软件组成。

具体操作时，通过步进电机将装有单液滴的微型坩埚推送到高温区上方进行燃烧，气体燃料与鼓风设备输出的空气在管路中混合形成预混合气，输送到燃烧器单元中，减压阀控制气体燃料的通断，流量计测量空气和气体燃料的流量，通过调节气体燃料的流量改变空燃比，控制燃烧器内上方火焰温度。通过高速摄像机直接拍摄单液滴燃烧过程，配套电源为高速摄像机供电，数据线连接高速摄像机和计算机，高速摄像机记录的数据通过数据线传输到计算机，配套软件控制高速摄像机的拍摄参数；温度传感器、压力传感器采集的数据传输到处理器进行数据转换处理，再传输到电脑进行储存读取，控制实验过程。

Claims (10)

1.一种单液滴燃烧系统，其特征在于，包括输送单液滴的液滴输送单元、提供高温环境的燃烧器单元、为燃烧器单元提供气体燃料的供气单元以及记录单液滴燃烧过程的记录单元，

所述的液滴输送单元设于燃烧器单元的上部，包括导轨底座(1)、设于导轨底座(1)上的步进电机(2)、与步进电机(2)的主轴连接的滚珠丝杆(3)，滚珠丝杆(3)的另一端与设于导轨底座(1)上的滑块(4)连接，所述的滑块(4)设有支架(24)，支架(24)的末端安装盛放单液滴的微型坩埚(5)；

所述的燃烧器单元包括底座(16)、设于底座(16)上的外壳(17)以及设于外壳(17)上部的多孔燃烧盘(18)，所述的多孔燃烧盘(18)上部设有外层挡圈(20)，所述的外层挡圈(20)与多孔燃烧盘(18)形成高温区(25)，高温区(25)内设有连接计算机(8)的温度传感器(6)；

所述的供气单元设于燃烧器单元下部，包括提供空气协流的鼓风设备(9)和燃料气瓶(10)，所述的鼓风设备(9)和燃料气瓶(10)的输出端分别连接气管，气管汇合后通入燃烧器单元；

所述的记录单元为连接计算机的高速摄像设备，所述的高速摄像设备对单液滴燃烧过程进行摄像。

2.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的外层挡圈(20)外表面环绕设有由多圈紫铜管缠绕形成的冷却水套(21)。

3.根据权利要求2所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的冷却水套(21)通过水管(15)从冷却水池(14)中泵水进行冷却，所述的冷却水池(14)内设有连接计算机(8)的温度传感器(6)。

4.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的燃烧器单元壳体(17)内部设有火焰捕集器(19)，所述的火焰捕集器(19)由网板以及设于网板上的玻璃珠组成，所述的玻璃珠直径为2-3mm，填充高度30mm。

5.根据权利要求4所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的火焰捕集器(19)由设于壳体(17)内部的支撑套(22)支撑，火焰捕集器(19)和支撑套(22)与外壳(17)的内壁紧密贴合，支撑套(22)的下端与底座(16)贴合。

6.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述燃烧器单元的底座(16)与外壳(17)进行焊接密封，底座(13)设有将供气单元的混合气通入的协流进气孔(23)。

7.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的多孔燃烧盘(18)由黄铜制成，多孔燃烧盘(18)上均匀分布直径为1.6mm的通孔，多孔燃烧盘(18)通过凸台与外壳(17)上端面过盈配合密封。

8.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的鼓风设备(9)输出端的管路上设有流量计(11)、连接计算机(8)的压力传感器(13)和温度传感器(6)，所述的燃料气瓶(10)输出端的管路上设有减压阀(12)、流量计(11)、连接计算机(8)的压力传感器(11)和温度传感器(6)，所述的鼓风设备(9)为鼓风机。

9.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的支架(24)是直径为3mm的圆柱钢材，所述的微型坩埚安装在圆柱钢材的末端。

10.根据权利要求1所述的一种单液滴燃烧系统，其特征在于，所述的高速摄像设备(7)由高速摄像机、连接至计算机(8)的数据线、配套电源以及配套软件组成。