CN109580870A - 一种湍流强度可控的湍流发生装置 - Google Patents

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张欣
王跃
秦思雨
曹家皓
王妍陶
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    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
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Abstract

本发明提供一种可调节湍流强度的湍流发生装置，应用于定容燃烧弹试验设备中。该装置由单缸发动机(1)，柔性联轴器(2)，气体管道(3)，分流腔(4)，定容燃烧弹(5)，双输出轴电机(6)和数字调频器组成。电机带动单缸发动机活塞往复运动，通过气体管路产生射流在定容燃烧弹中心处发生碰撞，从而在中心部位形成各向同性的湍流环境；通过调节数字调频器来控制双输出轴电机转速进而控制湍流强度的大小。与传统的湍流发生装置相比，本装置可产生可控且各向同性的稳定湍流；双输出轴电机通过柔性联轴器可以使两台单缸发动机同步且稳定的运动，使整体结构紧凑；分流腔保证活塞往复运动过程中的气流通过定容燃烧弹连通气孔时速度和流量相同，进一步提高模拟实验的准确性。

Description

一种湍流强度可控的湍流发生装置
技术领域
本发明涉及一种定容燃烧弹湍流发生装置。
背景技术
湍流燃烧是目前研究燃料燃烧特性的热点及难点问题，能够在定容燃烧弹中形成较好的各向同性的湍流场是研究湍流燃烧的基础，现有的定容燃烧弹内的湍流产生装置中产生的湍流强度可控性差，湍流均匀性较差。
因此需要提供一种用于定容燃烧弹的湍流产生装置。
中国专利申请CN106370771A公开了一种实现湍流火焰和冲击波的可视化定容燃烧试验装置及方法，其中的湍流发生装置通过在定容燃烧弹弹体横断面上加装不同孔径和孔隙率的孔板，来实现不同强度的湍流。此种孔板式的湍流产生装置的孔板连接杆与定容燃烧弹之间存在纵向位移，密封难度较高，在燃烧压力较高时易出现气体泄漏问题，并且此种装置内湍流强度随着时间推移而衰减，对点火时刻的控制精度要求较高。
中国专利申请CN105352736A公开了一种湍流强度和位置可控的测试定容弹及控制方法，其中的湍流发生装置为均布的九个轴流风扇(产生平行于转轴方向的湍流)，且分别由电机驱动，通过风扇不间断转动在定容燃烧弹中心形成湍流环境。但此种风扇式的湍流产生装置结构较为复杂，加工难度大，并且电动机、风扇之间连接轴与定容燃烧弹之间存在旋转运动，存在密封问题。
发明内容
本发明提供了一种定容燃烧弹内湍流发生装置，该装置可以在定容燃烧弹内形成近似各向同性并且湍流强度可控的湍流。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于应用于定容燃烧弹设备内，由单缸发动机，气体管道，分流腔，定容燃烧弹，数字变频器，柔性联轴器和双输出轴电机构成。通过调节数字调频器控制双输出轴电机的转速；双输出轴电机通过联轴器与两个相同的单缸发动机相连，并为其提供驱动；单缸发动机通过气体管道与分流腔连通，分流腔通过气体管道与定容燃烧弹连通。单缸发动机利用活塞往复运动，使得气体在整个系统中产生流动，通过气体管路产生射流在定容燃烧弹中心处发生碰撞，从而在定容燃烧弹中心部位形成湍流环境，通过调节外接的数字调频器来控制双输出轴电机转速进而控制湍流强度的大小。
所述的定容燃烧弹(5)为对称结构，内部结构近似于球形。这种对称结构可以使定容燃烧弹(5)中心部位得到更好的各向同性的湍流场。
所述分流腔为一个半圆球形的腔体，其作用是将单根气体管道(3-a)分成对称布置的4根气体管道(3-b)，同时具有均分气体、减小气体能量损失和缓解压力波动的作用。
所述的驱动发动机方式为采用双输出轴电机(6)通过柔性联轴器(2)连接驱动。两台相同的单缸发动机(1)分别布置在双输出轴电机(6)左右两侧，双输出轴电机(6)通过联轴器(2)与两个相同的单缸发动机(1)相连；双输出轴电机(6)通过联轴器(2)为单缸发动机(1)提供驱动，保证两个单缸发动机转动同步，使传动系统更加紧凑，降低系统运行的振动，而且对电动机和单缸发动机的连接轴具有缓冲保护作用。单缸发动机(1)在双输出轴电机(6)驱动下作活塞往复运动，使得气体在气体管路产生的抽吸作用，形成射流并在定容燃烧弹(5)中心处发生碰撞，从而在定容燃烧弹(5)中心部位形成各向同性的湍流环境。通过调节外接的数字调频器(7)来控制双输出轴电机(6)转速进而调节湍流强度的大小。
本发明的有益效果：本发明是一种用于定容燃烧弹的湍流产生装置，通过控制双输出轴电机带动两个单缸发动机活塞往复运动，在定容燃烧弹中形成近似于各向同性的湍流环境，且湍流强度可以调节。该装置结构简单，易于制造和控制，结构强度高，系统结构紧凑且振动较小，为研究湍流燃烧特性提供实验条件。
附图说明
图1为用于定容燃烧弹内湍流产生装置的整体装配原理图；
图2为双输出轴电动机驱动两台单缸发动机运转方式示意图；
图3为湍流燃烧定容燃烧弹实验平台示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于定容燃烧弹设备中的湍流发生装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
首先，参考图1，对本发明的发动机燃烧过程实验测试装置进行具体说明。该装置由单缸发动机(1)、联轴器(2)、气体管道(3)、分流腔(4)、定容燃烧弹(5)双输出轴电机(6)和数字调频器(7)构成；双输出轴电机(6)两侧分别各布置一台单缸发动机(1)；两侧单缸发动机(1)上分别安装分流腔(4)和气体管道(3)，气体管道(3)与定容燃烧弹(5)相连；每个分流腔(4)和定容燃烧弹(5)之间连接4根完全对称布置的气体管道(3-b)，4根气体管道(3-b)分别与定容燃烧弹(5)上与其同侧的四个连通孔(5-a)连接；单缸发动机(1)燃烧室和定容燃烧弹(5)内部通过分流腔(4)和气体管道(3)连通，使气体可以在单缸发动机(1)燃烧室、分流腔(4)、气体管道(3)及定容燃烧弹(5)内部流动。
参考图2，双输出轴电机(6)与两台单缸发动机(1)之间通过柔性联轴器(2)传动，保证三者同步运动，即两台单缸发动机(1)的活塞运动同步，确保活塞往复运动过程中带动可燃混合气流动时气体通过定容燃烧弹连通孔(5-a)的速度和流量相同。此时可燃气体通过气体管道(3)进入定容燃烧弹(5)中时的速度相同，定容燃烧弹(5)中心附近的湍流流场相对均匀，且这种利用柔性联轴器(2)连接电动机及发动机的同轴传动方式效率较高，适用较高的转速，振动较小，对连接轴具有缓冲作用，而且使传动系统更加紧凑。
本发明可以在定容燃烧弹(5)中形成近似于各向同性的湍流环境，这是在定容燃烧弹(5)中研究湍流燃烧特性的基础。参考图3，具体湍流燃烧实验过程为，先将定容燃烧弹(5)抽为真空环境，然后将气瓶内的可燃气体通过外接气体管道或者气体喷射阀通入定容燃烧弹(5)内，通过数字调频器(7)启动并控制双输出轴电机(6)的转速，双输出轴电机(6)驱动单缸发动机(1)活塞同步往复运动，通过气体管路形成的抽吸作用带动单缸机发动机(1)燃烧室、气体管道(3)、分流腔(4)及定容燃烧弹(5)内的气体流动，在定容燃烧弹(5)内形成稳定的湍流环境。
为了得到各向同性较好的湍流流场，定容燃烧弹(5)内腔为对称设计。定容燃烧弹(5)内湍流强度的改变是通过改变单缸发动机(1)转速得到的，即通过外接数字调频器(7)控制单缸发动机(1)转速来改变气流速度从而在定容燃烧弹(5)内形成大小不同的湍流强度。通过热线风速仪标定不同转速下定容燃烧弹(5)内湍流强度的大小，得到湍流强度与单缸发动机(1)转速的对应关系。

Claims (4)

1.应用于定容燃烧弹设备中，产生各向同性的湍流，其特征在于：由单缸发动机(1)，柔性联轴器(2)，气体管道(3)，分流腔(4)，定容燃烧弹(5)，双输出轴电机(6)和数字调频器(7)构成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述分流腔(4)为一个半圆球形的腔体，其作用是将单根气体管道(3-a)分成对称布置的4根气体管道(3-b)，同时具有均分气体、减小气体能量损失和缓解压力波动的作用。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的双输出轴电机(6)和数字调频器(7)，双输出轴电机(6)相比于单长轴电动机噪声低、振动小、结构紧凑、降低轴加工的强度的要求。数字调频器(7)对双输出轴电机(6)的转速进行控制，进而调节湍流的强度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的柔性联轴器(2)，保证两个单缸发动机转动同步，使传动系统更加紧凑，降低系统运行的振动，而且对电动机和单缸发动机的连接轴具有缓冲保护作用。
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