CN118130698A - 一种混合燃料层流火焰速度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种混合燃料层流火焰速度的测试方法，包括以下步骤：将多种气体输送至预混器内进行混合形成混合燃料，多种气体包括气体燃料、助燃剂以及升华后的固体燃料；将混合燃料输送至热流量炉内，并点燃；通过对点燃的混合燃料进行温度检测和烟气浓度检测，在混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度。本公开通过使用混合燃料进行层流火焰速度测试，相较于使用单一的气体或者液体燃料进行层流火焰速度的检测，可以更好地模拟实际燃烧环境；结合温度和烟气浓度的方式进行判断，能更准确地调节相关的燃烧条件，进而有效地使燃烧达到稳定燃烧状态，并且还可以优化燃烧过程，提高燃烧效率，以及减少能源浪费。
Description
技术领域
本公开涉及燃料测试技术领域，具体涉及一种混合燃料层流火焰速度的测试方法。
背景技术
燃烧是涉及流动、传热、传质和化学反应等多种物理和化学过程相互作用的复杂热物理现象。预混燃烧是指将气体燃料与氧化剂预先混合，然后进行燃烧，广泛应用于发动机和燃气轮机等大型燃烧设备。燃料气体与空气的预混气体在燃烧器出口处燃烧，燃烧产物以自由膨胀的方式向周围的空气环境中扩散。火焰传播依赖于气体分子的热运动，将热量从高温燃烧区域传导到低温未燃气体混合物区域。几十年来，人们一直在研究、探索、寻求理想的一维绝热火焰。各种零拉伸层流燃烧速度的测量方法，如本生灯法、停滞流法、对冲火焰法、球形爆炸法等；而热流量法作为一种新兴的测量方法，不仅能够直接测量零拉伸层流燃烧速度，还能获得一维绝热火焰，根据定义，准确的层流火焰速度的测量结果可以从理想的一维绝热平面火焰中获得。
经检索可知，现有技术中，例如专利CN202210447905.8公开了一种基于热流量法的气/液燃料层流火焰速度测试方法，该方法包括：各路气态原料进入预混器进行充分混合后，在盘片上方被点火装置点燃，形成稳定的一维平面火焰；测量不同预混未燃物流速下炉盘的温度分布，经拟合计算得到二次项系数C，对其随预混未燃物流速的变化情况进行线性拟合，得到C＝0处的流速大小，即为燃料的层流火焰速度值SL。还例如《燃烧科学与技术》2021年06期公开了PRF90+空气热流量法层流火焰速度测量与动力学分析，包括使用热流量法测量了汽油替代物PRF90燃料(包含体积分数90％异辛烷+10％正庚烷)与空气在0.1MPa，不同初始温度和不同当量比下的层流火焰速度。
上述例子均采用热流量法进行层流火焰速度的测试，但使用的燃料为单一的气体或液体，以及液体加上空气作为混合燃料。通过单一的气体或者液体燃料进行层流火焰速度的检测，而实际的燃烧往往涉及多种燃料的混合，单一的燃料不能很好模拟实际燃烧环境，使得可能无法完全模拟实际燃烧过程中的复杂性；而空气只能作为助燃剂，并不能与液体燃料结合形成混合燃料，因此进行实验得到的数据可能只适用于所使用的燃料类型，难以推广到其他类型的燃料，这限制了实验结果的普适性和适用范围。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种混合燃料层流火焰速度的测试方法。混合燃料层流火焰速度的测试方法使用两种或三种燃料混合进行实验检测层流火焰速度，相较于使用单一的气体或者液体燃料进行层流火焰速度的检测，可以更好地模拟实际燃烧环境，因为实际燃烧往往涉及多种燃料的混合，使用混合燃料可以更准确地研究不同燃料组合对火焰传播速度的影响；并且混合燃料的使用可以研究不同燃料之间的相互作用、燃烧反应和燃烧产物的生成，这对于理解复杂燃烧系统和开发新型燃料具有重要意义。
本公开所述的一种混合燃料层流火焰速度的测试方法，包括以下步骤：
S1、将多种气体输送至预混器内进行混合形成混合燃料，多种气体包括气体燃料、助燃剂以及升华后的固体燃料；
S2、将所述混合燃料输送至热流量炉内，并点燃；
S3、通过对点燃的所述混合燃料进行温度检测和烟气浓度检测，在所述混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度。
优选地，所述步骤S3中：
所述混合燃料在所述热流量炉的炉盘处进行燃烧，所述炉盘呈圆盘形，半径为R，以所述炉盘的盘面圆心至R/2的区域为燃烧中部区域，其余区域为燃烧外部区域；
分别对所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域进行温度检测和烟气浓度检测，获得关于所述燃烧中部区域的中部温度数据W1和中部烟气浓度数据Q1、以及关于所述燃烧外部区域的外部温度数据W2和外部烟气浓度数据Q2；
根据所述中部温度数据W1、中部烟气浓度数据Q1、外部温度数据W2及外部烟气浓度数据Q2判断所述燃烧中部区域及所述燃烧外部区域的燃烧稳定性。
优选地，所述步骤S3中，判断所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧稳定性包括以下步骤：
根据所述中部温度数据W1和所述外部温度数据W2，计算一个周期T内所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的温度变化率分别为dW1和dW2；
根据所述中部烟气浓度数据Q1和所述外部烟气浓度数据Q2，按如下公式分别计算中部燃烧比例系数dQ1和外部燃烧比例系数dQ2：
dQ1＝QCO2/QCO1，
dQ2＝Q'CO2/Q'CO1，
其中，QCO2和QCO1分别表示中部烟气浓度数据中的二氧化碳浓度和一氧化碳浓度，Q'CO2和Q'CO1分别表示外部烟气浓度数据中的二氧化碳浓度和一氧化碳浓度。
若满足dW1＜0和/或dQ1≤1，则判断所述燃烧中部区域的燃烧不稳定，调节所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量，直至dW1≥0且dQ1＞1；
若满足dW2＜0和/或dQ2≤1，则判断所述燃烧外部区域的燃烧不稳定，调节所述炉盘的温度，直至dW2≥0且dQ2＞1；
若所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均不稳定，调节所述混合燃料在所述热流量炉内且未燃烧之前的温度；
若dW1≥0、dQ1＞1、dW2≥0和dQ2＞1均满足，则判断所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均稳定，维持原有条件继续燃烧。
优选地，所述步骤S3中，调节所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量包括以下步骤：
预设所述混合燃料输送至所述热流量炉的初始流量P0，单次流量调节的变化量为△P；
当dW1＜0和/或dQ1≤1时，对所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量进行增量控制策略或减量控制策略，所述增量控制策略为在每个第一时间间隔△t1内令混合燃料的输入流量增加变化量△P，所述减量控制策略为在每个第一时间间隔△t1内令混合燃料的输入流量减少变化量△P；
首先采用所述增量控制策略，判断在一个第一时间间隔△t1内，dW1和dQ1是否均呈递增的趋势，若是则保持所述增量控制策略，直至dW1≥0且dQ1＞1，若否则切换至所述减量控制策略；
在切换至所述减量控制策略后，判断在所述第一时间间隔△t1内，dW1和dQ1是否均呈递增的趋势，若是则保持所述减量控制策略，直至dW1≥0且dQ1＞1，若否则输出告警信息；
其中，0＜△t1＜T。
优选地，所述步骤S3中，调节所述炉盘的温度包括以下步骤：
当dW2＜0和/或dQ2≤1时，令所述炉盘的温度在第二时间间隔△t2增加△W1，判断一个第二时间间隔△t2内dW2和dQ2是否均呈递增的趋势，若是则令所述炉盘的温度继续在每经过一个第二时间间隔△t2时增加△W1，直至dW2≥0且dQ2＞1，若否则输出告警信息；
其中，△W1表示为对所述炉盘单次温度调节的变化量；0＜△t2＜T。
优选地，所述步骤S3中，调节所述混合燃料在所述热流量炉内且未燃烧之前的温度包括以下步骤：
预设所述混合燃料在热流量炉内且未燃烧之前的温度为W3；
当所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均不稳定时，令所述混合燃料在所述热流量炉内且未燃烧之前的温度在每个周期T内减少△W2，以调整所述混合燃料的燃烧初始温度；
其中，△W2表示单次温度调节的变化量。
优选地，所述步骤S3中，在所述混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度包括以下步骤：
通过在所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均稳定的情况下，获得在所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域温度值相等时，所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量值P，根据如下公式计算层流火焰速度V：
V＝4*P/60000*π*D2
其中，V的单位为m/s；D为炉盘的直径，单位为m。
优选地，所述步骤S1中，多种所述气体还包括汽化后的液体燃料。
本公开所述的一种混合燃料层流火焰速度的测试方法，其优点在于：
1、本公开的一种混合燃料层流火焰速度的测试方法通过气体燃料、固体燃料和助燃剂进行混合形成混合燃料，使用混合燃料进行层流火焰速度的测试；进一步的，添加液体燃料，通过气体燃料、固体燃料、液体燃料和助燃剂进行混合形成混合燃料，使用混合燃料进行层流火焰速度的测试。上述使用两种或三种燃料混合进行实验检测层流火焰速度，相较于使用单一的气体或者液体燃料进行层流火焰速度的检测，可以更好地模拟实际燃烧环境，因为实际燃烧往往涉及多种燃料的混合，使用混合燃料可以更准确地研究不同燃料组合对火焰传播速度的影响；并且混合燃料的使用可以研究不同燃料之间的相互作用、燃烧反应和燃烧产物的生成，这对于理解复杂燃烧系统和开发新型燃料具有重要意义。
2、本公开的一种混合燃料层流火焰速度的测试方法通过对进行温度检测和烟气浓度检测，在一个周期T内温度检测数据和烟气浓度检测数据判断燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧稳定性，根据对应的不稳定区域进行调节相关燃烧条件。上述结合热流量法测量层流燃烧速度的原理，通过温度和烟气浓度进行判断并调节，进而改善燃烧条件，当达到稳定燃烧时，在不同燃烧区域温度相等时获得混合燃料输送至热流量炉的流量值，根据热流量法的原理，当燃烧不同区域的温度相等时，根据混合燃料流入热流量炉的流量值就能通过简单计算得到层流火焰速度，这种结合温度和烟气浓度的方式进行判断，能更准确地调节相关的燃烧条件，进而有效地使燃烧达到稳定燃烧状态，并且还可以优化燃烧过程，提高燃烧效率，以及减少能源浪费。
附图说明
图1是本公开所述一种混合燃料层流火焰速度的测试方法的步骤流程图；
图2是本公开所述一种混合燃料层流火焰速度的测试方法的判断流程图；
图3是本公开所述一种混合燃料层流火焰速度的测试方法的实施例1结构示意图；
图4是本公开所述一种混合燃料层流火焰速度的测试方法的热流量炉结构示意图；
图5是本公开所述一种混合燃料层流火焰速度的测试方法的实施例2结构示意图。
附图标记说明：
10-气体储罐；101-氮气储存罐；102-氨气储存罐；103-氧气储存罐；
20-固体升华箱；201-过滤器；202-加热器；203-激光加热器；
30-预混器；
40-第一管路；
50-热流量炉；501-炉膛；5011-燃料进口；5012-第一进液口；5013-第一出液口；502-布风板；503-炉头；504-炉盘；5041-第二进液口；5042-第二出液口；5043-T型热电偶丝；
60-热流量炉顶部卷锥；
70-恒温组件；701-第一恒温机构；702-第二恒温机构；
80-第二管路；
90-烟气分析仪；901-探针；
100-数据采集仪；
110-液体储罐；
120-受控蒸发混合器；
130-第三管路。
具体实施方式
如图1－图5所示，本公开所述的一种混合燃料层流火焰速度的测试方法，包括以下步骤：
实施例1
S1、将多种气体输送至预混器30内进行混合形成混合燃料，多种气体包括气体燃料、助燃剂以及升华后的固体燃料；
其中，气体燃料选择氮气和氨气，助燃剂选择氧气，气体燃料和助燃剂放置于气体储罐10内，分别放置于氮气储存罐101、氨气储存罐102和氧气储存罐103；固体燃料选择煤，固体燃料放置于固体升华箱20内，固体升华箱20的底部和/或一侧设有加热组件，加热组件用于对固体燃料进行加热升华，以形成气体输送至预混器30内；加热组件可选择加热器202或者激光加热器203，加热器202设置于固体升华箱20底部，激光加热器203设置于固体升华箱20外侧，加热的目的是提供足够的能量，使固体燃料的分子开始振动并获得较高的动能，因为煤需要在固体升华箱20内进行破碎和预处理，以增加其表面积，接着通过加热组件进行加热处理，在加热时，无需向固体燃料中加入助燃剂，因为一些助燃剂可能会与固体燃料发生反应，生成额外的物质，从而导致所得到的气体燃料不纯，所以固体燃料通过加热会发生高温升华，即直接从固态转变为气态；氮气储存罐101、氨气储存罐102、氧气储存罐103和固体升华箱20均通过若干第一管路40连通预混器30，固体升华箱20与第一管路40连通处还设有过滤器201，用于过滤得到较高纯度的气体；
S2、将混合燃料输送至热流量炉50内，并点燃；预混器30通过第二管路80与热流量炉50的燃料进口5011连通；
S3、通过对点燃的混合燃料进行温度检测和烟气浓度检测，在混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度。
进一步的，本实施例中，步骤S3中：
混合燃料在热流量炉50的炉盘504处进行燃烧，炉盘504呈圆盘形，半径为R，以炉盘504的盘面圆心至R/2的区域为燃烧中部区域，其余区域为燃烧外部区域；
分别对燃烧中部区域和燃烧外部区域进行温度检测和烟气浓度检测，获得关于燃烧中部区域的中部温度数据W1和中部烟气浓度数据Q1、以及关于燃烧外部区域的外部温度数据W2和外部烟气浓度数据Q2；
根据中部温度数据W1、中部烟气浓度数据Q1、外部温度数据W2及外部烟气浓度数据Q2判断燃烧中部区域及燃烧外部区域的燃烧稳定性；
其中，温度检测采用温度传感器，烟气浓度检测采用烟气分析仪；R的优选取值为0.015m；
温度传感器可选择T型热电偶丝5043，数量优选为8根，燃烧中部区域和燃烧外部区域分别设置4根，以各区域的4根T型热电偶丝5043采集的温度取平均值分别为W1和W2，采集的温度通过数据采集仪100进行采集，数据采集仪100可选择型号为KEYSIGHT DAQ970A的数据采集仪；烟气分析仪90可选择多功能型烟气分析仪NOVA PLUS，烟气分析仪包括有探针901，探针901用于检测烟气浓度，在燃烧中部区域和燃烧外部区域均设置探针901进行检测烟气浓度，燃烧中部区域最优选择在一处设置探针901；燃烧外部区域最优选择四处设置探针901，每隔90°设置一个探针901，将检测的烟气浓度取平均值作为燃烧外部区域的烟气浓度数据，为了更好地进行烟气浓度检测，可设置隔板将燃烧中部区域和燃烧外部区域分隔开，使得在进行烟气浓度检测时燃烧中部区域和燃烧外部区域产生的烟气不会混合在一起，提高了烟气浓度检测的准确性；在完成烟气浓度检测，进行烟气排放的排气口处可设置热流量炉顶部卷锥60，汇集烟气排出，避免烟气向外部扩散。
进一步的，本实施例中，步骤S3中，判断燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧稳定性包括以下步骤：
根据中部温度数据W1和外部温度数据W2，计算一个周期T内燃烧中部区域和燃烧外部区域的温度变化率分别为dW1和dW2；一个周期T的最优取值范围为3～10min，根据实际情况选择；
根据中部烟气浓度数据Q1和外部烟气浓度数据Q2，按如下公式分别计算中部燃烧比例系数dQ1和外部燃烧比例系数dQ2：
dQ1＝QCO2/QCO1，
dQ2＝Q'CO2/Q'CO1，
其中，QCO2和QCO1分别表示中部烟气浓度数据中的二氧化碳浓度和一氧化碳浓度，Q'CO2和Q'CO1分别表示外部烟气浓度数据中的二氧化碳浓度和一氧化碳浓度。
若满足dW1＜0和/或dQ1≤1，则判断燃烧中部区域的燃烧不稳定，调节混合燃料输送至热流量炉50的流量，直至dW1≥0且dQ1＞1；
若满足dW2＜0和/或dQ2≤1，则判断燃烧外部区域的燃烧不稳定，调节炉盘504的温度，直至dW2≥0且dQ2＞1；
若燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧均不稳定，调节混合燃料在热流量炉50内且未燃烧之前的温度；
若dW1≥0、dQ1＞1、dW2≥0和dQ2＞1均满足，则判断燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧均稳定，维持原有条件继续燃烧；
在燃烧中，稳定燃烧的温度会逐渐上升，最后趋于稳定，所以对应的温度变化率分别为dW1和dW2也会满足dW1≥0和dW2≥0；同样的烟气浓度的CO2浓度和CO浓度比值在稳定燃烧时是大于1的，满足dQ1＞1和dQ2＞1；
示例如下：在一个周期T内取T＝[t0、t1…t9]时刻，对应的中部温度数据W1＝[W10、W11…W19]，对应的外部温度数据W2＝[W20、W21…W29]，例如在t0至t1的温度变化率分别为：
dW1＝△W'/△T＝(W11-W10)/(t1-t0)
dW2＝△W”/△T＝(W21-W20)/(t1-t0)
通过上式得到燃烧中部区域和燃烧外部区域对应的温度变化率。
进一步的，本实施例中，步骤S3中，调节混合燃料输送至热流量炉50的流量包括以下步骤：
预设混合燃料输送至热流量炉的初始流量P0，单次流量调节的变化量为△P；
当dW1＜0和/或dQ1≤1时，对混合燃料输送至热流量炉的流量进行增量控制策略或减量控制策略，增量控制策略为在每个第一时间间隔△t1内令混合燃料的输入流量增加变化量△P，减量控制策略为在每个第一时间间隔△t1内令混合燃料的输入流量减少变化量△P；
首先采用增量控制策略，判断在一个第一时间间隔△t1内，dW1和dQ1是否均呈递增的趋势，若是则保持增量控制策略，直至dW1≥0且dQ1＞1，若否则切换至减量控制策略；
在切换至减量控制策略后，判断在第一时间间隔△t1内，dW1和dQ1是否均呈递增的趋势，若是则保持减量控制策略，直至dW1≥0且dQ1＞1，若否则输出告警信息；输出告警信息后则根据实际情况由人工进行后续处理和操作；
其中，0＜△t1＜T；当dW1≥0且Q1＞1后，流量将不再调节，维持最后一次调节的结果进行继续实验；△t1最优选取为：△t1＝0.1*T；
△P最优取值为：△P＝0.1*P0，P0的取值根据相关的热流量法实验进行初步选取，示例如下：
由氨丙烷的相关实验，实验涉及以下反应式：
C3H8+5O2＝3CO2+4H2O
NH3+3/4O2＝1/2N2+3/2H2O
通过热流量法测得在当量比为1时纯丙烷的流速SL为0.395m/s，由上述可知炉盘504的半径R为0.015m，那么直径D为0.03m，再通过以下公式计算：
SL＝4*P1/60000*π*D2
计算出氨丙烷实验相应的流量值P1＝16.744cm/s；
计算得NH3掺混C3H8各50％，当量比为1，即NH3物质的量为0.5，C3H8物质的量为0.5；
进一步计算出O2物质的量为：(3/4*0.5+5*0.5)/1＝2.875，以及N2物质的量为：O2物质的量*79/21＝10.815，进而得到总物质的量为：NH3+C3H8+O2+N2＝14.690；
再计算摩尔分数，可得NH3的摩尔分数为：0.034，C3H8的摩尔分数为：0.034，O2的摩尔分数为：0.195，N2的摩尔分数为：0.736；
进而通过对应的摩尔分数乘以P1得出流量，则NH3流量为：0.570，C3H8的流量为：0.570，O2的流量为：3.277，N2的流量为：12.327，则总流量：
P2＝0.570+0.570+3.277+12.327＝16.744
单位cm/s，所以P0的值应为：P0＝P2＝16.744cm/s＝0.16744m/s。
进一步的，本实施例中，步骤S3中，调节炉盘504的温度包括以下步骤：
当dW2＜0和/或dQ2≤1时，令炉盘504的温度在第二时间间隔△t2增加△W1，判断一个第二时间间隔△t2内dW2和dQ2是否均呈递增的趋势，若是则令炉盘504的温度继续在每经过一个第二时间间隔△t2时增加△W1，直至dW2≥0且dQ2＞1，若否则输出告警信息，输出告警信息后则根据实际情况由人工进行后续处理和操作；
增加温度是为了弥补燃烧时的热损失，可选择采用恒温组件70进行温度调节，恒温组件70包括第一恒温机构701和第二恒温机构702，增加温度选择第二恒温机构702；
其中，△W1表示为对炉盘504单次温度调节的变化量，△W1的最优取值为10K；0＜△t2＜T，△t2最优选取为：△t2＝0.1*T；
炉盘504的两侧分别具有相连通的第二进液口5041和第二出液口5042，并且第二进液口5041和第二出液口5042均与第二恒温机构702连通形成第二换热回路；最优选择为在炉盘504上具有用于流通液体的第二腔体，以使得液体流通第二进液口5041、第二出液口5042和第二恒温机构702形成第二换热回路，用于对炉盘504的盘片升温；第二恒温机构702优选为恒温水/油浴锅，由于第二恒温机构702用于对炉盘504的盘片升温，若在燃烧实验初始时温度超过100℃，则将水替换为二甲基硅油，二甲基硅油最高可在300℃工作，根据实际情况进行选择。
进一步的，本实施例中，步骤S3中，调节混合燃料在热流量炉内且未燃烧之前的温度包括以下步骤：
预设混合燃料在热流量炉50内且未燃烧之前的温度为W3；W3的取值应低于开始实验时炉盘504的温度，最优的温度选择为比炉盘504的温度低30K，后续进行调整对混合燃料冷却，冷却后的混合燃料的温度可比炉盘504的温度低60K，即冷却后的混合燃料与炉盘504的温度差不超过60K；
当燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧均不稳定时，令混合燃料在热流量炉50内且未燃烧之前的温度在每个周期T内减少△W2，以调整混合燃料的燃烧初始温度；
其中，△W2表示单次温度调节的变化量，△W2的最优取值为10K，具体的是对热流量炉50的炉膛501进行温度调节，因为未燃的混合燃料进入热流量炉50后位于炉膛501的区域，对炉膛501进行温度调节进而可对未燃的混合燃料进行温度调节；
即对未燃烧的混合燃料进行冷却，对未燃烧的混合燃料冷却是为了使得刚进入热流量炉50内的混合燃料温度分布均匀，若混合燃料温度分布不均匀，在后续燃烧时会影响燃烧的稳定性和准确性；并且可以确保未燃烧的混合燃料在进入炉盘504前的条件一致，有助于提高实验的可重复性和可靠性，因为不同的气体温度可能会带来不同的实验结果；若通过加热的方式使未燃烧的混合燃料温度分布均匀，则后续进行燃烧的初始温度较高，在炉盘504处点燃会使得炉盘504的温度迅速升高，进而不便于对炉盘504进行温度控制；
混合燃料进入热流量炉50后位于炉膛501的区域，炉膛501通过炉头503与炉盘504连接，炉膛501的外壁两侧分别具有相连通的第一进液口5012和第一出液口5013，并且第一进液口5012和第一出液口5013均与第一恒温机构701连通形成第一换热回路；最优选择在炉膛501的外壁内部设置用于流动液体的第一腔体，以使得第一恒温机构701的液体流经第一进液口5012后，再通过第一出液口5013流出回到第一恒温机构701形成第一换热回路，用于对炉膛501内部进行冷却，第一恒温机构701优选为恒温水浴槽；第一恒温机构701的温度需低于第二恒温组件702的温度；
为了进一步改善混合燃料进行燃烧的初始条件，在炉膛501内设置布风板502，布风板502上设有若干震荡珠，以提高混合燃料的燃烧效率；震荡珠采用玻璃震荡珠，尺寸优先选择4mm，玻璃震荡珠具有一定的物理特性，例如轻便、不易变形等；通过添加玻璃震荡珠到布风板502上，可以增加布风板502的表面积和粗糙度，进而改变流体的流动模式和速度分布，这种改变可以增加流体与布风板502之间的摩擦作用，从而更好地混合和扩散燃料。玻璃震荡珠的存在增加了布风板502的表面积，提高了与燃料接触的面积，有利于充分混合和燃烧；玻璃震荡珠的凹凸表面可以增加流体与布风板502之间的摩擦，从而促进气流的流动和扩散，使燃料更加均匀地分布在炉膛501中；加入玻璃震荡珠可以增加流体流动的湍流程度，使流体的速度分布更加均匀，从而提高燃烧效率。
进一步的，本实施例中，步骤S3中，在混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度包括以下步骤：
通过在燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧均稳定的情况下，获得在燃烧中部区域和燃烧外部区域温度值相等时，混合燃料输送至热流量炉50的流量值P，根据如下公式计算层流火焰速度V：
V＝4*P/60000*π*D2
其中，V的单位为m/s；D为炉盘的直径，单位为m，由上述可知，D为0.03m；
混合燃料输送至热流量炉50的流量值P选取示例如下：
由上述可知，在一个周期T内取T＝[t0、t1…t9]个时刻，对应的中部温度数据W1＝[W10、W11…W19]，对应的外部温度数据W2＝[W20、W21…W29]，例如在燃烧中部区域和燃烧外部区域的燃烧均稳定的情况下，W15＝W25，则对应的时刻为t5，那么获取t5时刻混合燃料输送至热流量炉50的流量值，获取的流量值为P，具体时刻由实际情况选取。
实施例2
本实施例与实施例1相同，区别在于，步骤S1中，多种气体还包括汽化后的液体燃料；
其中，液体燃料选择正庚烷、异辛烷、甲醇和乙醇中的任一种；液体燃料放置于液体储罐110内，液体储罐110与受控蒸发混合器120连通，受控蒸发混合器120用于对液体燃料进行汽化处理，以形成气体输送至预混器30内，受控蒸发混合器120通过第三管路130与预混器30连通；液体储罐110靠近上方的一侧与氮气储存罐101连通，液体储罐110与氮气储存罐101连通是为了对存储有液体燃料的液体储罐110进行加压，使得在压力的驱动下液体燃料能缓缓流入受控蒸发混合器120，受控蒸发混合器120的顶端与氮气储存罐101连通，使得液体燃料在受控蒸发混合器120的顶端活塞处与氮气碰撞，碎裂形成小液滴，小液滴与氮气构成的气溶胶在受控蒸发混合器120的加热处进行加热处理，加热温度为200℃，在200℃的环境下完全汽化，受控蒸发混合器120保持在一个大气压左右，氮气的加入使液体燃料蒸汽分压不断降低，最终低于其200℃时的饱和蒸汽压而完全气化，汽化产物被冷却后进入预混器30中，混合形成混合气体燃料。
综上，上述混合燃料层流火焰速度的测试方法通过气体燃料、固体燃料和助燃剂进行混合形成混合燃料，使用混合燃料进行层流火焰速度的测试；进一步的，添加液体燃料，通过气体燃料、固体燃料、液体燃料和助燃剂进行混合形成混合燃料，使用混合燃料进行层流火焰速度的测试。上述使用两种或三种燃料混合进行实验检测层流火焰速度，相较于使用单一的气体或者液体燃料进行层流火焰速度的检测，可以更好地模拟实际燃烧环境，因为实际燃烧往往涉及多种燃料的混合，使用混合燃料可以更准确地研究不同燃料组合对火焰传播速度的影响；并且混合燃料的使用可以研究不同燃料之间的相互作用、燃烧反应和燃烧产物的生成，这对于理解复杂燃烧系统和开发新型燃料具有重要意义；
并且结合热流量法测量层流燃烧速度的原理，通过温度和烟气浓度进行判断并调节，进而改善燃烧条件，当达到稳定燃烧时，在不同燃烧区域温度相等时获得混合燃料输送至热流量炉的流量值，根据热流量法的原理，当燃烧不同区域的温度相等时，根据混合燃料流入热流量炉的流量值就能通过简单计算得到层流火焰速度，这种结合温度和烟气浓度的方式进行判断，能更准确地调节相关的燃烧条件，进而有效地使燃烧达到稳定燃烧状态，并且还可以优化燃烧过程，提高燃烧效率，以及减少能源浪费。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多种气体输送至预混器内进行混合形成混合燃料，多种气体包括气体燃料、助燃剂以及升华后的固体燃料；
S2、将所述混合燃料输送至热流量炉内，并点燃；
S3、通过对点燃的所述混合燃料进行温度检测和烟气浓度检测，在所述混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度。
2.根据权利要求1所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中：
所述混合燃料在所述热流量炉的炉盘处进行燃烧，所述炉盘呈圆盘形，半径为R，以所述炉盘的盘面圆心至R/2的区域为燃烧中部区域，其余区域为燃烧外部区域；
分别对所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域进行温度检测和烟气浓度检测，获得关于所述燃烧中部区域的中部温度数据W1和中部烟气浓度数据Q1、以及关于所述燃烧外部区域的外部温度数据W2和外部烟气浓度数据Q2；
根据所述中部温度数据W1、中部烟气浓度数据Q1、外部温度数据W2及外部烟气浓度数据Q2判断所述燃烧中部区域及所述燃烧外部区域的燃烧稳定性。
3.根据权利要求2所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，判断所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧稳定性包括以下步骤：
根据所述中部温度数据W1和所述外部温度数据W2，计算一个周期T内所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的温度变化率分别为dW1和dW2；
根据所述中部烟气浓度数据Q1和所述外部烟气浓度数据Q2，按如下公式分别计算中部燃烧比例系数dQ1和外部燃烧比例系数dQ2：
dQ1＝QCO2/QCO1，
dQ2＝Q'CO2/Q'CO1，
其中，QCO2和QCO1分别表示中部烟气浓度数据中的二氧化碳浓度和一氧化碳浓度，Q'CO2和Q'CO1分别表示外部烟气浓度数据中的二氧化碳浓度和一氧化碳浓度。
若满足dW1＜0和/或dQ1≤1，则判断所述燃烧中部区域的燃烧不稳定，调节所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量，直至dW1≥0且dQ1＞1；
若满足dW2＜0和/或dQ2≤1，则判断所述燃烧外部区域的燃烧不稳定，调节所述炉盘的温度，直至dW2≥0且dQ2＞1；
若所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均不稳定，调节所述混合燃料在所述热流量炉内且未燃烧之前的温度；
若dW1≥0、dQ1＞1、dW2≥0和dQ2＞1均满足，则判断所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均稳定，维持原有条件继续燃烧。
4.根据权利要求3所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，调节所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量包括以下步骤：
预设所述混合燃料输送至所述热流量炉的初始流量P0，单次流量调节的变化量为△P；
当dW1＜0和/或dQ1≤1时，对所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量进行增量控制策略或减量控制策略，所述增量控制策略为在每个第一时间间隔△t1内令混合燃料的输入流量增加变化量△P，所述减量控制策略为在每个第一时间间隔△t1内令混合燃料的输入流量减少变化量△P；
首先采用所述增量控制策略，判断在一个第一时间间隔△t1内，dW1和dQ1是否均呈递增的趋势，若是则保持所述增量控制策略，直至dW1≥0且dQ1＞1，若否则切换至所述减量控制策略；
在切换至所述减量控制策略后，判断在所述第一时间间隔△t1内，dW1和dQ1是否均呈递增的趋势，若是则保持所述减量控制策略，直至dW1≥0且dQ1＞1，若否则输出告警信息；
其中，0＜△t1＜T。
5.根据权利要求3所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，调节所述炉盘的温度包括以下步骤：
当dW2＜0和/或dQ2≤1时，令所述炉盘的温度在第二时间间隔△t2增加△W1，判断一个第二时间间隔△t2内dW2和dQ2是否均呈递增的趋势，若是则令所述炉盘的温度继续在每经过一个第二时间间隔△t2时增加△W1，直至dW2≥0且dQ2＞1，若否则输出告警信息；
其中，△W1表示为对所述炉盘单次温度调节的变化量；0＜△t2＜T。
6.根据权利要求3所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，调节所述混合燃料在所述热流量炉内且未燃烧之前的温度包括以下步骤：
预设所述混合燃料在热流量炉内且未燃烧之前的温度为W3；
当所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均不稳定时，令所述混合燃料在所述热流量炉内且未燃烧之前的温度在每个周期T内减少△W2，以调整所述混合燃料的燃烧初始温度；
其中，△W2表示单次温度调节的变化量。
7.根据权利要求3所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，在所述混合燃料稳定燃烧时获得层流火焰速度包括以下步骤：
通过在所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域的燃烧均稳定的情况下，获得在所述燃烧中部区域和所述燃烧外部区域温度值相等时，所述混合燃料输送至所述热流量炉的流量值P，根据如下公式计算层流火焰速度V：
V＝4*P/60000*π*D2
其中，V的单位为m/s；D为炉盘的直径，单位为m。
8.根据权利要求1所述混合燃料层流火焰速度的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，多种所述气体还包括汽化后的液体燃料。
Priority Applications (1)
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| CN202410278166.3A CN118130698A (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 一种混合燃料层流火焰速度的测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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