CN111829787A - 一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，包括燃料输入段、燃料混合段和点火燃烧段；燃料输入段包括密封套筒，在密封套筒外壁上部对称设有两个进气口；燃料混合段包括同轴设置的进气套筒和出口段，进气套筒沿中轴线插入密封套筒内部，在密封套筒内壁与进气套筒外壁之间形成环形通道，利用环形通道对气流进行初步混合；在进气套筒和出口段的中间段装有二次混合装置，通过二次混合装置对可燃气体进行二次混合；出口段的顶端与点火燃烧段连接；本发明通过设计的多重混合结构可用对进入燃烧试验平台的可燃气进行不同预混程度，提高燃烧性能。

Description

一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台

技术领域

本发明属于燃烧特性研究装置，尤其是一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台。

背景技术

随着航空发动机和燃气轮机的发展，提高燃料利用率和降低污染物排放是湍流燃烧研究的重心。而在燃烧器中安装旋流叶片，通过加强湍流程度、燃气与空气均匀混合程度与产生燃烧器头部回流区，可以使燃烧器实现稳定燃烧性能的提升，并减少如NOx等污染物的排放。其中不同旋流结构对燃烧性能提升有巨大差别，迫切需要对其影响机制与结果开展精确的实验测量研究。国内在针对该方面实验研究上缺乏经验，缺少装配成熟且精确操控的燃烧实验平台；在基于课题组对于双旋流通道燃烧器的实验搭建经验与研究结果的反馈上，利用3D建模与湍流燃烧大涡模拟技术，科学的将多种旋流结构结合到单一燃烧实验平台中，实现旋流结构可拆卸可更换，可精确测试不同旋流结构下燃烧性能，达到国内外旋流燃烧平台的先进水平，对燃气轮机中旋流结构的设计、参数优化提供重要的理论指导。

因此亟需一种可对不同燃料进行多重混合的燃烧实验平台，改变以往可燃气体直接混合燃烧的方式。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提出了一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，通过设计的多重混合结构可用对进入燃烧试验平台的可燃气进行不同预混程度，提高燃烧性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，包括燃料输入段、燃料混合段和点火燃烧段；所述燃料输入段包括密封套筒，在密封套筒外壁上部对称设有两个进气口；

燃料混合段包括同轴设置的进气套筒和出口段，进气套筒沿中轴线插入密封套筒内部，在密封套筒内壁与进气套筒外壁之间形成环形通道，利用环形通道对气流进行初步混合；在进气套筒和出口段的中间段装有二次混合装置，通过二次混合装置对可燃气体进行二次混合；出口段的顶端与点火燃烧段连接。

进一步，密封套筒的底部焊接在密封法兰上，密封法兰底部与支撑脚连接，通过支撑脚对整个装置起到固定支撑的作用。

进一步，所述二次混合装置包括叶片套筒，叶片套筒同轴设置在进气套筒和出口段内部；在叶片套筒的底部装有多孔板，在叶片套筒外壁沿周向均匀布置有叶片，叶片的外圈与叶片固定环固定连接，通过叶片固定环将二次混合装置固定安装在进气套筒和出口段内部。

进一步，叶片套筒上的叶片具有两种设计形式，分别是机翼型和平板型。

进一步，机翼型的叶片是在叶片套筒外壁面沿周向均匀设置翼型旋流叶片，翼型旋流叶片的安装角为30°。

进一步，平板型的叶片是在叶片套筒外壁面沿周向均匀设有板状旋流叶片；板状旋流叶片的安装角为30°。

进一步，出口段的上端为出口段法兰盘，在出口段法兰盘上装有石英玻璃管，石英玻璃管3罩在出口段法兰盘上；在石英玻璃管的顶端设有烟气锥罩；石英玻璃管中设有点火装置，用于对进入圆柱形石英玻璃管中的可燃气进行点火。

本发明的有益效果：

1、本发明所设计的燃烧试验台通过在可燃气体进入通道以及在进气套筒内的二次混合装置，内外套筒的嵌套式设计可得到更充分的预混效果，对可燃气体进行充分的混合，混合后的气体可以提高燃烧的性能。

2、本发明所设计的燃烧试验台整体装置呈垂直设计形态，设计精巧便于拆卸与更换，成本合理，用途广泛。

附图说明

图1是燃烧测试装置的结构示意图；

图2是燃烧测试装置叶片套筒位置局部放大图；

图3中，3a、3b、3c分别是机翼型的叶片套筒结构立体图、俯视图和主视图；

图4中，4a、4b、4c分别是平板型的叶片套筒结构立体图、俯视图和主视图；

图中，1、烟气法兰盘，2、烟气锥罩，3、石英玻璃管，4、石英管压紧法兰，5、出口段法兰盘，6、出口段，7、叶片套筒，8、叶片固定环，9、多孔板，10、进气套筒，11、密封套筒，12、进气口，13、密封法兰，14、支撑脚，15、钢柱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，包括燃料输入段、燃料混合段和点火燃烧段；

燃料输入段包括密封套筒11，密封套筒11的底部焊接在密封法兰13上，密封法兰13底部与支撑脚14连接，通过支撑脚14对整个装置起到固定支撑的作用；在密封套筒11外壁对称设有两个进气口12，两个进气口12朝向密封套筒11的圆心设置。密封套筒11长120mm，可以保证气流进行良好的初步混合。

燃料混合段包括进气套筒10和出口段6，进气套筒10和出口段6都是采用圆柱筒，且进气套筒10和出口段6之间通过螺栓固定连接；进气套筒10的底部沿中轴线插入密封套筒11内部，且进气套筒10的底部与密封套筒11的地面不接触；在密封套筒11内壁与进气套筒10外壁之间形成环形通道；所述的进气套筒10长150mm，可以保证气流在其中达到充分发展的湍流状态。

在本发明所设计的燃烧试验平台中，在所有可能漏气的连接处都进行密封加固处理。

如图2，在进气套筒10和出口段6的中间段装有二次混合装置，所述二次混合装置包括叶片套筒7，叶片套筒7同轴设置在进气套筒10和出口段6内部；在叶片套筒7的底部装有多孔板9，在叶片套筒7外壁沿周向均匀布置有叶片，叶片的外圈与叶片固定环8固定连接，通过叶片固定环8将二次混合装置固定安装在进气套筒10和出口段6内部，可以通过在叶片固定环8上开设通孔，通过螺栓将进气套筒10、出口段6和叶片固定环8固定连接在一起，并在连接处采用密封件进行密封；也可以在进气套筒10和出口段6内部开设安装阶梯，通过与叶片固定环8的配合实现叶片固定环8的固定。进气套筒10上的叶片具有两种设计形式，分别是机翼型和平板型；机翼型的叶片如图3所示，在叶片套筒7外壁面沿周向均匀设有翼型旋流叶片，翼型旋流叶片的安装角为30°；平板型的叶片套筒7如图4所示，在叶片套筒7外壁面沿周向均匀设有板状旋流叶片；板状旋流叶片的安装角为30°。经过初步混合的气流在流入进气套筒10内后，在叶片套筒7和叶片的作用下分流，从叶片套筒7底部流入的气流在多孔板9的整流作用下形成光顺的气流；从叶片套筒7外部流过的气流在叶片的作用下形成稳定的旋转湍流气流；两股气流在经过叶片套筒7后形成回流区，使不同种类流体得到更充分的混合。

点火燃烧段包括石英玻璃管3，出口段6的上端为出口段法兰盘5，在出口段法兰盘5上装有石英玻璃管3，石英玻璃管3罩在出口段法兰盘5上；在石英玻璃管3的顶端设有烟气锥罩2；为了加强石英玻璃管3的固定，在石英玻璃管3的顶部装有烟气法兰盘1；烟气法兰盘1的开口与石英玻璃管3的出口对其，烟气法兰盘1与出口段法兰盘5之间通过阵列分布的钢柱15进行支撑。石英玻璃管3中设有点火装置，用于对进入圆柱形石英玻璃管3中的可燃气进行点火；石英玻璃管3为整体加工，提供全方位可视范围，便于光路进入及激光诊断实验。同时在圆柱形石英玻璃管3壁面上可开孔，安装压力与温度监测装置；圆柱形石英玻璃管3的顶端可安装尾气处理装置。

以下结合本装置的工作过程作进一步解释：

燃气和空气分别从进气口12一左一右地进入密封套筒11中，分别绕过密封套筒11与进气筒10之间的环形通道，形成对流进行第一步的混合；随后，初步混合的气体绕过密封套筒11进入进气套筒10，绕行的空间增加了气体混合的距离与时间，加深混合程度；加深程度的混合气体进入进气套筒10，沿进气套筒10进一步得到混合；随后预混合气体分别进入叶片套筒7的外部与内层通道；进入叶片套筒7外部的混合气体，在旋流叶片的作用下，随惯性形成稳定的旋转湍流气流，进入叶片套筒内层通道的混合气体经过多孔板9，对气流进行整流，使其变得更光顺；气体经过旋流叶片引导而产生旋转，在上方产生了回流区，使不同种类流体得到更充分的掺混，扰动加剧。随后旋转湍流气体和整流后的混合气体进入可视化的石英玻璃管3中，进行点火，并进行相应的光学诊断与检测。

本发明通过旋流器结构实现多种燃烧气体的均匀混合与稳定燃烧，此外还可以对旋流器结构包括叶片的形状、厚度、倾斜角度、叶片数目、旋转方向等等参数根据工况设计进行改进。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，包括燃料输入段、燃料混合段和点火燃烧段；所述燃料输入段包括密封套筒(11)，在密封套筒(11)外壁上部对称设有两个进气口(12)；燃料混合段包括同轴设置的进气套筒(10)和出口段(6)，进气套筒(10)沿中轴线插入密封套筒(11)内部，在密封套筒(11)内壁与进气套筒(10)外壁之间形成环形通道，利用环形通道对气流进行初步混合；在进气套筒(10)和出口段(6)的中间段装有二次混合装置，通过二次混合装置对可燃气体进行二次混合；出口段(6)的顶端与点火燃烧段连接。

2.根据权利要求1所述的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，密封套筒(11)的底部焊接在密封法兰(13)上，密封法兰(13)底部与支撑脚(14)连接，通过支撑脚(14)对整个装置起到固定支撑的作用。

3.根据权利要求1所述的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，所述二次混合装置包括叶片套筒(7)，叶片套筒(7)同轴设置在进气套筒(10)和出口段(6)内部；在叶片套筒(7)的底部装有多孔板(9)，在叶片套筒(7)外壁沿周向均匀布置有叶片，叶片的外圈与叶片固定环(8)固定连接，通过叶片固定环(8)将二次混合装置固定安装在进气套筒(10)和出口段(6)内部。

4.根据权利要求3所述的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，叶片套筒(7)上的叶片具有两种设计形式，分别是机翼型和平板型。

5.根据权利要求4所述的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，机翼型的叶片是在叶片套筒(7)外壁面沿周向均匀设置翼型旋流叶片，翼型旋流叶片的安装角为30°。

6.根据权利要求4所述的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，平板型的叶片是在叶片套筒(7)外壁面沿周向均匀设有板状旋流叶片；板状旋流叶片的安装角为30°。

7.根据权利要求1所述的一种能实现多重混合的可视化燃烧实验平台，其特征在于，出口段(6)的上端为出口段法兰盘(5)，在出口段法兰盘(5)上装有石英玻璃管(3)，石英玻璃管(3)罩在出口段法兰盘(5)上；在石英玻璃管(3)的顶端设有烟气锥罩(2)；石英玻璃管(3)中设有点火装置，用于对进入圆柱形石英玻璃管(3)中的可燃气进行点火。

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