CN110045081A - 一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,包括上下同轴设置且内部相连通的上壳体和下壳体,上壳体的上部为敞口状,所述下壳体的下部与底座封闭连接;上壳体的直径大于所述下壳体的直径;在上壳体和下壳体内、且位于中轴线上贯通设置有燃料管,所述燃料管下部进口端穿过所述底座,上部出口端与所述上壳体的上端相平齐;所述燃料管的上部出口端用于可拆卸连接旋流喷头。使用该实验装置,可直接采用液体燃料燃烧,能够真实的反应液体燃料的自点火特性和火焰分布状态。
Description
技术领域
本发明属于燃烧器技术领域,具体涉及一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置。
背景技术
高温同轴射流火焰实验装置是研究高温空气条件下燃料射流自点火行为及火焰稳定机制的经典实验装置。可用于研究碳氢燃料点火、火焰抬举行为特性及火焰稳定机理。
前期实验研究表明,在高温伴流作用下,火核的火焰特征连续过渡,在向下游对流的过程中,尺寸不断增大。实验发现,提高同轴火焰的温度,或加入少量的大分子烷烃能够增加点火频率,减少首次出现的点火火核距离喷口的距离。而雷诺数对点火性能的影响表现出复杂的特征。如文献Numerical Simulation of Delft-Jet-in-Hot-Coflow(DJHC)Flames Using the Eddy Dissipation Concept Model for Turbulence–ChemistryInteraction(Flow,Turbulence and Combustion,Vol.87,Iss.4,2011:537~567)在甲烷、氢气多种工况条件下的湍流射流火焰实验的分析中,得出火焰稳定由三方面的共同作用,分别为火焰传播、自点火和局部熄火作用。其中主导的程度大小由流动条件决定。
目前的研究不仅包含伴流条件为贫燃,中心射流为甲烷、氢气或者为低速流动,也涉及冲压发动机燃烧室在富燃燃气下的点火,中心射流为高速高温碳氢燃料。前人开展了乙烯射流点火过程实验,分析了伴流条件、中心射流条件等情况下点火性能,加深了对气态碳氢燃料的点火特性的了解。目前针对中心主流的液态燃料的热伴流燃烧器还不完善,实验对象主要针对气态碳氢燃料及其他低碳烷烃燃料,得出来的火焰图像不能真实地反应原液态燃料的特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,可直接采用液体燃料燃烧,能够真实的反应液体燃料自点火特性和火焰分布状态。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,包括上下同轴设置且内部相连通的上壳体和下壳体,所述上壳体的上部为敞口状,所述下壳体的下部与底座封闭连接;所述上壳体的直径大于所述下壳体的直径;在上壳体和下壳体内、且位于中轴线上贯通设置有燃料管,所述燃料管下部进口端穿过所述底座,上部出口端与所述上壳体的上端相平齐;所述燃料管的上部出口端用于可拆卸连接旋流喷头。
上述上壳体和下壳体内用于乙烯-空气混合伴流气体由下到上流通,所述燃料管内用于液体碳氢燃料由下到上流通,并与乙烯-空气混合伴流气体在所述燃料管的出口处混合燃烧。
进一步地,在所述上壳体内,沿其长度走向间隔设置有多个多孔板,各所述多孔板均与所述上壳体的横截面的形状相一致,且所述多孔板的外侧壁紧密连接于所述上壳体的内壁,各多孔板(3)上的通孔用于乙烯-空气混合伴流气体通过。
进一步地,该上壳体由下到上的形状依次为小直径等直圆柱段、外扩喇叭段和大直径等直圆柱段;且小直径等直圆柱段与所述下壳体的直径相一致。
进一步地,该多孔板的个数为五个,且其中一个多孔板设置于所述上壳体的小直径等直圆柱段内。
进一步地,该底座为中心开设有通孔的柱状体,套设于所述下壳体内;在所述底座上、且绕其一周间隔开设有多个径轴向通道,其中,径轴向通道分为两组,一组与空气供应装置相连通,另一组与乙烯供应装置相连通,当量比为0.4~2。
进一步地,该在所述下壳体上,且与所述径轴向通道的入口对应的位置处开设有通孔。
本发明一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置具有如下优点:1.燃料不需气化,将液体直接通入燃料管中,在出口被半流气点燃,能够真实的反应其自点火特性和火焰分布状态。2.可以根据不同实验条件依次更换喷嘴,达到实验工况。3.喷嘴出口处的射流火焰稳定,可以更好地观察液体燃料的自点火特性和火焰分布状态。
附图说明
图1是本发明研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置的半剖结构示意图;
图2是本发明中的底座剖面图;
图3是实用本发明中的实验装置得到的火焰图。
其中:1.燃料管;2.转接头;3.多孔板;4.喷嘴;5.下壳体;6.上壳体;8.底座。
具体实施方式
本发明研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,如图1和2所示,包括上下同轴设置且内部相连通的上壳体6和下壳体5,上壳体6的上部为敞口状,下壳体5的下部与底座8封闭连接;上壳体6的直径大于下壳体5的直径;在上壳体6和下壳体5内、且位于中轴线上贯通设置有燃料管1,燃料管1下部进口端穿过底座8,上部出口端与上壳体6的上端相平齐;燃料管1的上部出口端用于可拆卸连接旋流喷头。上壳体6与下壳体5连接处均设置有法兰,两者通过螺栓连接。各壳体外壁面上焊接金属环,用于与实验台架的固定。燃料管1出口端的外壁上设置有螺纹,可加装口径不同的旋流喷头,达到不同的雾化效果,液体燃料经过喷嘴雾化,被高温伴流气体引燃。
上述上壳体6和下壳体5内用于乙烯-空气混合伴流气体由下到上流通,燃料管1内用于液体碳氢燃料由下到上流通,并与乙烯-空气混合伴流气体在燃料管1的出口处混合燃烧。
在上壳体6内,沿其长度走向间隔设置有多个多孔板3,各多孔板3均与上壳体6的横截面的形状相一致,且多孔板3的外侧壁紧密连接于上壳体6的内壁,各所述多孔板3上的通孔用于乙烯-空气混合伴流气体通过。其中各多孔板3的中心位置开设有用于燃料管1穿过的大直径的通孔。燃料管1通过螺栓与底座8固定;上壳体6壁面上开有螺纹孔,用于固定多孔板3。
上壳体6由下到上的形状依次为小直径等直圆柱段、外扩喇叭段和大直径等直圆柱段;且小直径等直圆柱段与所述下壳体5的直径相一致。多孔板3的个数为五个,且其中一个多孔板3设置于上壳体6的小直径等直圆柱段内。
底座8为中心开设有通孔的柱状体,套设于下壳体5内;在底座8上、且绕其一周间隔开设有多个径轴向通道2,其中,部径轴向通道2分为两组,一组与空气供应装置相连通,另一组与乙烯供应装置相连通,当量比为0.4~2。径轴向通道2可设置为4个,在各径轴向通道2的入口处接有转接头。乙烯和空气由底座出口进入下壳体和上壳体腔中,通过多孔板后充分混合,在上壳体出口面上点燃混合气体。
在下壳体5上,且与径轴向通道的入口对应的位置处开设有通孔。当前在对液体燃料点火及燃烧性能进行研究时,采用的方法是将液体燃料气化,得到的为理想状况下的燃料的特性。但是在实际发动机燃烧中,情况为非理想状态,空气和燃料为分路独立进入燃烧器,当采用原有的装置时,得出的为非真实数据。
将本发明中的实验装置安装固定在实验台架上,使用高压氮气瓶作为挤压新型碳氢燃料的挤压源,氮气压力可调。将乙烯和空气通过转接头接入径轴向通道2,并在管路上安装流量计,调节流量计达到指定当量比,实验设计的当量比为0.4~2;通过火花塞点燃伴流气,产生高温燃气。打开碳氢燃料的截止阀,当碳氢燃料接触到高温伴流气时会发生自点火,并且产生抬升高度,通过高速摄像机捕捉燃烧过程,进而分析新型碳氢燃料的点火特性和燃烧特性。燃料的点火性能、喷注条件以及伴流参数都会影响火焰的抬升高度。
乙烯和空气从转接头内通道进入下壳体5内,经过多孔板3进一步混合均匀,在上壳体6出口端被点燃。液体燃料从燃料管1入口通入,在出口处加装有喷嘴,液体燃料经过喷嘴雾化,被高温伴流气体引燃。液体燃料在喷嘴出口处燃烧,可以很好地观测到燃料的点火特性和火焰的分布状态。通过高速摄影等手段对火焰进行拍摄,对火焰图像进行后处理后,得出准确的实验结论。
试验例
设置上壳体6外径为250mm,内径为240mm,可提供较大的伴流通道。更充分地混合伴流气体。燃料管1尺寸为:不装喷头时长733mm,加装喷头长约740mm,最大直径为320mm,多孔板3上开通有多个小孔通道,孔径为3mm左右,更充分地混合伴流气体。乙烯和空气通过流量计接入下壳体5内,当量比范围为0.4-2,由上壳体5的上端流出,用点火器点燃;液体燃料从燃料管1的入口通入,在燃料管1出口处加装有喷嘴,液体燃料经过喷嘴雾化,由伴流气点燃燃烧。通过高速摄像机捕捉燃烧过程,进而分析新型碳氢燃料的点火特性和燃烧特性。如图3所示,得到的图外轮廓清晰,抬升高度显著。
Claims (6)
1.一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,其特征在于,包括上下同轴设置且内部相连通的上壳体(6)和下壳体(5),所述上壳体(6)的上部为敞口状,所述下壳体(5)的下部与底座(8)封闭连接;所述上壳体(6)的直径大于所述下壳体(5)的直径;
在所述上壳体(6)和下壳体(5)内、且位于中轴线上贯通设置有燃料管(1),所述燃料管(1)下部进口端穿过所述底座(8),上部出口端与所述上壳体(6)的上端相平齐;所述燃料管(1)的上部出口端用于可拆卸连接旋流喷头;
所述上壳体(6)和下壳体(5)内用于乙烯-空气混合伴流气体由下到上流通,所述燃料管(1)内用于液体碳氢燃料由下到上流通,并与乙烯-空气混合伴流气体在所述燃料管(1)的出口处混合燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,其特征在于,在所述上壳体(6)内,沿其长度走向间隔设置有多个多孔板(3),各所述多孔板(3)均与所述上壳体(6)的横截面的形状相一致,且所述多孔板(3)的外侧壁紧密连接于所述上壳体(6)的内壁,各所述多孔板(3)上的通孔用于乙烯-空气混合伴流气体通过。
3.根据权利要求1或2所述的一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,其特征在于,所述上壳体(6)由下到上的形状依次为小直径等直圆柱段、外扩喇叭段和大直径等直圆柱段;且小直径等直圆柱段与所述下壳体(5)的直径相一致。
4.根据权利要求3所述的一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,其特征在于,所述多孔板(3)的个数为五个,且其中一个多孔板(3)设置于所述上壳体(6)的小直径等直圆柱段内。
5.根据权利要求3或4所述的一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,其特征在于,所述底座(8)为中心开设有通孔的柱状体,套设于所述下壳体(5)内;在所述底座(8)上、且绕其一周间隔开设有多个径轴向通道(2),其中,所述径轴向通道(2)分为两组,一组与空气供应装置相连通,另一组与乙烯供应装置相连通,当量比为0.4~2。
6.根据权利要求5所述的一种研究新型液态碳氢燃料点火性能的实验装置,其特征在于,在所述下壳体(5)上,且与所述径轴向通道的入口对应的位置处开设有通孔。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190723 |
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