CN114280219B - 多功能掺混燃烧实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热能工程设备技术领域，具体涉及一种多功能掺混燃烧试验装置，包括燃烧系统、固定装置、中心进气装置、直流式进气装置和离心式进气装置；燃烧系统包括燃烧器、设置于其上方的喷管、设置于喷管上方的石英管以及设置于石英管顶部的托盘；固定装置包括支撑架和升降环；升降环在升降驱动装置的驱动下带动托盘下降至抵触石英管以形成密封空间；中心进气装置设置于燃烧器的底部，且与燃烧器同轴设置；直流式进气装置为N个，N个直流式进气装置对称设置于燃烧器的头部两侧；离心式进气装置为M个，M个离心式进气装置对称设置于燃烧器的尾部两侧；本发明可实现多种掺混燃烧，可用于多种燃烧影响因素的实验。
Description
技术领域
本发明属于热能工程设备技术领域，具体涉及一种多功能掺混燃烧试验装置。
背景技术
目前，国内外针对不同形式的掺混燃烧方式及其特性进行了大量的研究。采用数值模拟或实验研究等多种方法对不同种类的喷嘴的结构及特性进行了深入的研究。
其中，宋大亮等人运用CFX软件数值模拟针对典型双组元离心式喷嘴结构，研究了内喷嘴对外喷嘴流动特性的影响，获得内喷嘴直径、缩进长度对外喷嘴流量系数、雾化锥角的影响规律。
白晓等人针对液体中心式气液同轴离心式喷嘴，研究了缩进长度及喷注工况对火焰的动态特性、自激振荡特性以及燃烧效率的影响。
ZhangYongchao等人提出了一种具有内旋流和自吸功能的双流体喷嘴，并对喷嘴的雾化性能进行了实验研究。
Chen B等人研究了带和不带自激振动腔对双流体喷嘴的喷雾雾化特性和液滴湍流特性的影响；在此基础上对两种雾化芯的双流体喷嘴协同雾化过程中的液滴特性进行了研究和比较，并研究了一种新型双流体喷嘴的液滴直径和粒径分布。Park G等人利用空气和水对气心旋流同轴喷油器中气体氧化剂流动扰动引起的液体燃料流动不稳定性及其动态特性进行了研究。Bai X等人采用实验和数值模拟相结合的方法研究了一种内柱凹槽为5mm的液心旋流同轴喷油器在不同背压下的自脉动特性，并对其环空宽度和后壁厚度进行了参数研究，以评估其对内部流动动力学、自脉动特性和雾化质量的影响。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了提出一种可实现多种掺混燃烧方式，用于多种燃烧影响因素实验装置，本发明提供了一种功能掺混燃烧装置，该装置包括进气系统、燃烧系统和固定装置，所述进气系统包括中心进气装置、直流式进气装置和离心式进气装置；
所述燃烧系统包括燃烧器、喷管、石英管和托盘；所述固定装置包括支撑架和升降环；所述燃烧器装设于所述支撑架；所述喷管设置于所述燃烧器的上方；所述石英管设置于所述喷管上方；所述托盘设置于所述石英管的顶部，且与所述升降环的底部固定连接；所述支撑架的背部设置有升降驱动装置，所述升降环在所述升降驱动装置的驱动下带动所述托盘下降至抵触所述石英管以形成密封空间；
所述中心进气装置设置于所述燃烧器的底部，并且所述中心进气装置的纵向轴线与所述燃烧器的纵向轴线一致设置；所述直流式进气装置为N个，N个所述直流式进气装置对称设置于所述燃烧器的头部两侧；所述离心式进气装置为M个，M个所述离心式进气装置对称设置于所述燃烧器的尾部两侧。
在一些优选实施例中，所述支撑架包括第一结构和第二结构，所述第一结构为L型板状结构；所述第二结构为板状结构，所述板状结构的一侧设置有第一限位部、第二限位部和第三限位部，所述第一限位部的悬臂端与所述L型板状结构固定连接，所述第一限位部中间开设有承载所述燃烧器的第一贯穿孔，所述燃烧器的底部悬伸出所述第一贯穿孔设置；
所述第二限位部设置于所述第一限位部的上方；所述第二限位部与所述L型板状结构的水平端对接卡合，并形成用于所述燃烧器顶部伸出的第二贯穿孔；
所述第三限位部设置于所述第二限位部的上方；所述第三限位部悬伸设置并与上卡箍形成对所述喷管限位的卡紧结构。
在一些优选实施例中，所述升降环包括本体结构和L型连接板，所述L型连接板设置于所述本体结构的外侧，以与所述升降驱动装置的动力输出端固定连接；
所述本体结构上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔用于所述燃烧器端部的贯穿；所述第二通孔用于所述第二结构的顶部悬伸。
在一些优选实施例中，所述上卡箍的内侧设置有与所述喷管的外壁匹配的凹弧结构。
在一些优选实施例中，所述托盘的中间开设有与所述燃烧器的端部外壁匹配的内螺纹。
在一些优选实施例中，该装置还包括蜂窝铝，所述蜂窝铝设置于所述燃烧器的内中部。
在一些优选实施例中，N＝2；M＝2。
在一些优选实施例中，所述第二结构的外侧设置有导轨；
所述升降驱动装置包括气动装置和压力检测装置，在工作状态下，所述气动装置沿着所述导轨驱动所述升降环上升或下降；所述压力检测装置用于实时检测所述气动装置的压力。
在一些优选实施例中，所述第一结构的底部外侧设置有第一C型板，所述第一C型板与所述第一结构垂直设置；
所述第二结构的底部外侧设置有第二C型板，所述第二C型板与所述第二结构垂直设置；
所述第一C型板、所述第二C型板用于与目标物固定。
在一些优选实施例中，所述燃烧器设置于所述第一结构、所述第二结构的中心。
本发明的有益效果为：
1)本发明公开的多功能掺混燃烧试验装置中的燃烧器结构简单，实现了控制灵活、效果好的多种形式掺混射流控制，可针对不同实验条件提供多种燃料掺混方式；
2)本发明中的燃烧器燃烧器不仅适用于气体燃料燃烧实验，也可适用于液体燃料燃烧实验，可以根据实验目的灵活调；
3)本发明中的燃烧器进气管呈对称分布，不会影响影两侧气动平衡性能和质量平衡性能；
4)本发明中的石英管与托盘安装简单，可独立拆卸，针对不同实验可按照实验要求灵活安装，且石英管与托盘尺寸呈系列对应，可满足多种实验条件；
5)本发明中的支撑架用于单独放置升降环、压力表和气动阀，便于拆卸安装、调试维护；
6)本发明公开的多功能掺混燃烧装置，可有效解决燃烧实验装置功能单一，结构复杂，成本较高等问题，同时该装置具有结构紧凑、可靠性高、维护方便等特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的一种具体实施例的立体结构示意图；
图2是图1中的升降环的一种具体实施例的示意图；
图3是图1中的蜂窝铝的一种具体实施例的示意图；
图4是图1中的托盘一种具体实施例的示意图；
图5是图1中的喷管一种具体实施例的示意图；
图6是图1中的燃烧器剖视示意图。
附图标记说明：
110、中心进气管，111、第一气管接头；120、直流式进气管，121、第二气管接头；130、离心式进气管，131、第三气管接头；
210、燃烧器；220、喷管；230、石英管；240、托盘；250、火花塞；
310、支撑架；311、第一结构；312、第二结构；313、第一C型板，314、第二C型板；320、升降环；321、本体结构，322、L型连接板，323、第一通孔，324、第二通孔；330、上卡箍；340、导轨。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
参照附图1和附图6，本发明提供了一种多功能掺混燃烧试验装置，该装置包括进气系统、燃烧系统和固定装置，其中进气系统包括中心进气装置、直流式进气装置和离心式进气装置，可实现不同形式掺混和燃烧实验；燃烧系统包括燃烧器210、喷管220、石英管230和托盘240；固定装置包括支撑架310和升降环320；燃烧器装设于支撑架；喷管设置于燃烧器的上方；石英管设置于喷管上方；托盘设置于石英管的顶部，且与升降环的底部固定连接；支撑架的背部设置有升降驱动装置，升降环在升降驱动装置的驱动下带动托盘下降至抵触石英管以形成密封空间；
中心进气装置设置于燃烧器的底部，并且中心进气装置的纵向轴线与燃烧器的纵向轴线一致设置；直流式进气装置为N个，N个直流式进气装置对称设置于燃烧器的头部两侧；离心式进气装置为M个，M个离心式进气装置对称设置于燃烧器的尾部两侧。
具体地，支撑架包括第一结构311和第二结构312，第一结构为L型板状结构；第二结构为板状结构，板状结构的一侧从下向上设置有第一限位部、第二限位部和第三限位部，第一限位部的悬臂端与L型板状结构固定连接，第一限位部中间开设有承载燃烧器的第一贯穿孔，燃烧器的底部悬伸出第一贯穿孔设置，在本实施例中，第一限位部为设置于第一结构与第二结构之间的承载板，承载板为分体式结构，通过紧固件固定，直流式进气装置设置于承载板的下方。
第二限位部设置于第一限位部的上方；第二限位部与L型板状结构的水平端对接卡合，并形成用于燃烧器顶部伸出的第二贯穿孔，第二限位部的端部、L型板状结构的水平端均为半圆结构，通过紧固件连接；进一步地，第二限位部与L型板状结构的水平端平齐设置。其中，上卡箍的内侧设置有与喷管的外壁匹配的凹弧结构。
第三限位部设置于第二限位部的上方，第三限位部悬伸设置并与上卡箍形成对喷管限位的卡紧结构，第三限位部位于石英管的下方。
优选地，第二结构的内侧到石英管的纵向轴线之间的距离大于石英管的管壁半径。
参照附图1的同时参照附图2，升降环包括本体结,321和L型连接板322，L型连接板设置于本体结构的外侧，以与升降驱动装置的动力输出端固定连接；本体结构上开设有第一通孔323和第二通孔324，第一通孔用于燃烧器端部的贯穿；第二通孔用于第二结构的顶部悬伸。
参照附图1的同时参照附图4，托盘240的中间开设有与燃烧器的端部外壁匹配的内螺纹孔。
参照附图3，该装置还包括蜂窝铝260，蜂窝铝设置于燃烧器的内中部，蜂窝铝的中间开设有通孔，通孔与外壁之间设置为蜂窝状结构；蜂窝铝与中心进气装置同轴安装，保证气体直流流动。
在本实施例中，中心进气装置包括中心进气管110和第一气管接头111，中心进气管与燃烧器同轴式设置，并由三个定位螺栓进行定位以保证同轴度，第一气管接头设置于中心进气管的端部；直流式进气装置包括直流式进气管120和第二气管接头121，直流式进气管为两个，两个直流式进气管对称分布在燃烧器头部两侧；离心式进气装置包括离心式进气管130和第三气管接头131，离心式进气管为两个，两个离心式进气管对称分布在燃烧器尾部两侧，且两组进气管与燃烧器连接处位于同一垂直面内。
其中，中心进气管与直流式进气管道、离心式进气管道两组进气管独立安装，互不干扰。气体实验的中心进气管内径为6mm，外径为8mm，通过定位螺栓定位；直流式进气管道、离心式进气管道内径为2mm，外径为4mm，通过对应的气管接头与燃烧器相连；各进气管尺寸均可根据实际实验需求进行更换。
进一步地，第二结构的外侧设置有导轨340；升降驱动装置包括气动装置和压力检测装置，在工作状态下，气动装置沿着导轨驱动升降环上升或下降；压力检测装置用于实时检测气动装置的压力。
进一步地，第一结构的底部外侧设置有第一C型板313，第一C型板与第一结构垂直设置；第二结构的底部外侧设置有第二C型板314，第二C型板与第二结构垂直设置；第一C型板、第二C型板用于与目标物固定。
优选地，燃烧器设置于第一结构、第二结构的中心。
进一步地，石英管与喷管、托盘上的凹槽尺寸成系列且一一对应，可组成不同尺寸大小的燃烧室，石英管长度为150mm，直径尺寸分别为18mm，30mm，50mm，100mm，还可根据实际需求更改尺寸大小。
进一步地，燃烧器与蜂窝铝、喷管、进气系统可组合成为一个独立的多功能掺混装置，实现直流式、离心式、剪切式及混合式多种掺混方式。
具体地参照附图6，燃烧器的底部端部设置有外螺纹，便于中心进气管的螺纹固定连接；燃烧器的侧部开设有与直流式进气管连通的通孔；燃烧器的中间段的侧部开设有与离心式进气管连通的通孔；燃烧器的中间段贯穿石英管的内部设置，燃烧器的顶部悬伸出石英管的顶部设置。
在本实施例中，进气系统独立于燃烧装置，更换进气管道可实现用于液液、气液多种形式的掺混燃烧实验。
对于掺混实验，根据实际所需掺混形式，燃料和氧化剂分别从中心进气管，直流式进气管或离心式进气管进入燃烧器(根据具体实验要求进行实施)，从喷管处喷出。
对于燃烧实验，燃料从喷管喷出时，使用火花塞250进行点火；并根据具体实验要求选取不同尺寸的石英管、相对应尺寸的托盘、上卡箍及螺钉实现对外界环境的隔离。
本发明公开的装置不仅将直流式与离心式喷注方式集为一体，还实现了多种喷注形式的组合。另外，石英管尺寸可成系列化安装，通过托盘与升降环实现了该装置独立于燃烧器的模块化装配和使用，便于安装拆卸、调试维护。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多功能掺混燃烧试验装置，其特征在于，该装置包括进气系统、燃烧系统和固定装置，所述进气系统包括中心进气装置、直流式进气装置和离心式进气装置；
所述燃烧系统包括燃烧器、喷管、石英管和托盘；
燃烧器的中间段贯穿石英管的内部设置，燃烧器的顶部悬伸出石英管的顶部设置；
所述固定装置包括支撑架和升降环；所述燃烧器装设于所述支撑架；所述喷管设置于所述燃烧器的上方；所述石英管设置于所述喷管上方；所述托盘设置于所述石英管的顶部，且与所述升降环的底部固定连接；所述支撑架的背部设置有升降驱动装置，所述升降环在所述升降驱动装置的驱动下带动所述托盘下降至抵触所述石英管以形成密封空间；
所述中心进气装置设置于所述燃烧器的底部，并且所述中心进气装置的纵向轴线与所述燃烧器的纵向轴线一致设置；所述直流式进气装置为N个，N个所述直流式进气装置对称设置于所述燃烧器的头部两侧；所述离心式进气装置为M个，M个所述离心式进气装置对称设置于所述燃烧器的尾部两侧；
所述支撑架包括第一结构和第二结构，所述第一结构为L型板状结构；所述第二结构为板状结构，所述板状结构的一侧设置有第一限位部、第二限位部和第三限位部，所述第一限位部的悬臂端与所述L型板状结构固定连接，所述第一限位部中间开设有承载所述燃烧器的第一贯穿孔，所述燃烧器的底部悬伸出所述第一贯穿孔设置；
所述第二限位部设置于所述第一限位部的上方；所述第二限位部与所述L型板状结构的水平端对接卡合，并形成用于所述燃烧器顶部伸出的第二贯穿孔；
所述第三限位部设置于所述第二限位部的上方；所述第三限位部悬伸设置并与上卡箍形成对所述喷管限位的卡紧结构；
所述升降环包括本体结构和L型连接板，所述L型连接板设置于所述本体结构的外侧，以与所述升降驱动装置的动力输出端固定连接；
所述本体结构上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔用于所述燃烧器端部的贯穿；所述第二通孔用于所述第二结构的顶部悬伸；
所述托盘的中间开设有与所述燃烧器的端部外壁匹配的内螺纹；
其中，N＝2；M＝2。
2.根据权利要求1所述的多功能掺混燃烧试验装置，其特征在于，所述上卡箍的内侧设置有与所述喷管的外壁匹配的凹弧结构。
3.根据权利要求1所述的多功能掺混燃烧试验装置，其特征在于，该装置还包括蜂窝铝，所述蜂窝铝设置于所述燃烧器的内中部。
4.根据权利要求1所述的多功能掺混燃烧试验装置，其特征在于，所述第二结构的外侧设置有导轨；
所述升降驱动装置包括气动装置和压力检测装置，在工作状态下，所述气动装置沿着所述导轨驱动所述升降环上升或下降；所述压力检测装置用于实时检测所述气动装置的压力。
5.根据权利要求1所述的多功能掺混燃烧试验装置，其特征在于，所述第一结构的底部外侧设置有第一C型板，所述第一C型板与所述第一结构垂直设置；
所述第二结构的底部外侧设置有第二C型板，所述第二C型板与所述第二结构垂直设置；
所述第一C型板、所述第二C型板用于与目标物固定。
6.根据权利要求1所述的多功能掺混燃烧试验装置，其特征在于，所述燃烧器设置于所述第一结构、所述第二结构的中心。
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