CN204101526U - 液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置及其测量方法，该装置包括本生灯燃烧器，本生灯燃烧器分别连接有测温显示器（热电偶）、冷态空气加热系统和液体燃料蒸发系统，其中液体燃料蒸发系统通过橡皮管道与注射泵相连，冷态空气加热系统与外部空气相通；本生灯燃烧器旁装有火焰图像采集与处理装置。装置简易、便于操作、成本低廉，有助于不同液体燃料燃烧特性的基础对比，支撑喷雾燃烧系统的燃料快速选取。本实用新型的测量方法采用高速度的数字相机，连续拍摄火焰锥面，根据当前混合气速度，运用火焰图像余弦定理方法计算液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度，该方法是基于火焰传播速度的定义直接给出的方法，简单有效。
Description
技术领域
本实用新型涉及液体燃料气相层流燃烧领域，具体是一种液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置。
背景技术
目前，我国以液体燃料为推进剂的运载工具保有量大幅增加，能源与环境问已经成为人们的关注焦点。随着液体燃料价格上涨，全球变暖以及其它一系列环境问题日益突出，必须对液体燃料的品质进行改造来满足节能与环保的要求。对新型合成液体燃料燃烧基础研究有助于喷雾燃烧系统燃料的选取。研究液体燃料气相层流燃烧的目的是了解液体燃料反应动力学特性，液体燃料气相层流火焰传播速度就是统观反应动力学的体现，它不仅在考察火焰稳定性方面有很大实用意义，而且在研究传播理论方面也具有很大理论价值。
迄今为止公布的文献资料（论文、报告和专利）通过本生灯对层流火焰传播速度的研究主要集中在气体燃料方面，液体燃料的层流火焰传播速度主要通过定容燃烧弹试验装置进行研究，定容燃烧弹试验装置虽然能够比较精确的测量层流火焰传播速度但其结构复杂、成本高，不易实现。本实用新型通过简易加热装置对液体燃料进行蒸发、混合，获得混合燃气，混合燃气经过出口直径可变的本生灯燃烧器进行燃烧，从而通过本生灯火焰法对液体燃料气相层流火焰传播速度进行测量，该系统结构简易、操作简单、成本低廉；结合基于数字图像处理技术的非接触式层流火焰传播速度测量方法，该系统具有测量精度高的特点。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置。
本实用新型包括本生灯燃烧器，本生灯燃烧器分别连接有测温显示器（热电偶）、冷态空气加热系统和液体燃料蒸发系统，其中液体燃料蒸发系统通过橡皮管道与注射泵相连，冷态空气加热系统与外部空气相通；本生灯燃烧器旁装有火焰图像采集与处理装置。
所述的冷态空气加热系统液体燃料蒸发管道以及与液体燃料蒸发管道连接的第一点调压器。
所述的液体燃料蒸发管道倾斜放置，与水平面夹角为10-20°，从外到内依次由保温陶瓷管、石英玻璃管、镍铬电加热丝组成，其中镍铬电加热丝采用螺旋线缠绕方式并采用前密后疏的布置方式。
所述的冷态空气加热系统包括依次连接的稳压立式储气罐、浮子流量计以及冷态空气加热管道，其中稳压立式储气罐与外部空气相通，冷态空气加热管道与本生灯燃烧器相连，冷态空气加热管道还连接有第二电调压器。
所述的冷态空气加热管道从内到外依次为加热铜管中、石英玻璃管、保温陶瓷管；所述的浮子流量器空气流量为0L/h～600L/h；所述的第二电调压器调压范围为0～250V。
所述的本生灯燃烧器出口为螺旋可替换结构，出口内径为5mm～15mm，不同出口直径间隔1mm。。
所述的火焰图像采集与处理装置包括高速摄像机以及与高速摄像机相连的计算机8。
所述的注射泵流量可控，最大燃烧流量为500ml/h。
该装置工作方法包括以下步骤：
1）打开注射泵，设定燃料流量；
2）打开液体燃料蒸发管道电源，选择第一电调压器电压，调节液体燃料蒸发管道内的压力；
3）打开空气稳压立式储气灌，利用浮子流量计选择空气流量；
4）打开冷态空气加热管道电源，选择第二电调压器电压，调节冷态空气加热管道内的压力；
5）使用电火花点火器点火，在本生灯出口形成稳定的层流火焰锋面；
6）利用电子显示器读出本生灯层流火焰温度，使其温度稳定，打开高速相机捕获如图4所示的本生灯出口层流火焰锋面；
7）对本生灯火焰图像进行包括图像剪裁、灰度化、灰度拉伸、边缘提取、二值化、确定锥角、计算角度的批量处理；所述数字图像处理程序采用分段线性灰度变换（GST）处理技术对火焰图像进行灰度处理；采用Roberts边缘检测算法提取灰度图像中火焰锋面信息，该法是一种利用局部差分算子寻找火焰锋面边缘算子，其火焰锋面边缘像素可表示为： 式中为输入图像的像素值，为输出图像的像素值；
8）根据公式计算在该条件下的层流火焰传播速度，式中表示锥形火焰面上法向火焰传播速度，燃气出口速度，表示火焰面顶角。
本实用新型有益效果在于：
1、本实用新型提供的装置简易、便于操作、成本低廉，有助于不同液体燃料燃烧特性的基础对比，支撑喷雾燃烧系统的燃料快速选取。
2、输入参数容易改变，可以用来测量液体燃料的贫油点火、熄火极限。
附图说明
图1为本实用新型的工作流程示意图。
图2为本实用新型提供的装置结构示意图。
图3为可变管口内径本生灯结构图。
图4为不同温度、当量比层流火焰传播速度变化曲线。
图5为贫油点火、熄火极限随液体燃料流量变化曲线。
图6为贫油点火、熄火极限随混气温度变化曲线。
具体实施方式
下面以航空煤油为测量对象，结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型提供的装置如图1所示，包括本生灯燃烧器5，本生灯燃烧器5分别连接有测温显示器6、冷态空气加热系统和液体燃料蒸发系统，其中液体燃料蒸发系统通过橡皮管道2与注射泵1相连，冷态空气加热系统与外部空气相通；本生灯燃烧器5旁装有火焰图像采集与处理装置。
所述的冷态空气加热系统液体燃料蒸发管道3以及与液体燃料蒸发管道3连接的第一点调压器4。
所述的液体燃料蒸发管道3倾斜放置，与水平面夹角为10-20°。液体燃料蒸发管道3从外到内依次由保温陶瓷管、石英玻璃管、镍铬电加热丝组成，其中镍铬电加热丝采用螺旋线缠绕方式并采用前密后疏的布置方式。
所述的冷态空气加热系统包括依次连接的稳压立式储气罐12、浮子流量计11以及冷态空气加热管道10，其中稳压立式储气罐12与外部空气相通，冷态空气加热管道10与本生灯燃烧器5相连，冷态空气加热管道10还连接有第二电调压器9。
所述的冷态空气加热管道10从内到外依次为加热铜管中、石英玻璃管、保温陶瓷管；所述的浮子流量器空气流量为0L/h～600L/h；所述的第二电调压器调压范围为0～250V。
所述的本生灯燃烧器5的结构如图3所示，包括固定底座13，固定底座13上安装有具有内螺纹的本生灯登座14，下部具有外螺纹的本生灯灯管15通过螺纹与本生灯登座14连接。本生灯出口为螺旋可替换结构，出口内径为5mm～15mm。
所述的火焰图像采集与处理装置包括高速摄像机7以及与高速摄像机7相连的计算机8。
所述的注射泵1流量可控，最大燃烧流量为500ml/h。
本实用新型工作过程如图1所示，具体包括以下步骤实现：
（1）打开注射泵，并将燃料流量设定在70ml/h。
（2）打开液体燃料蒸发管道电源，调节电调压器电压为120V。
（3）打开空气稳压储气灌，将空气流量调至520L/h。
（4）打开空气加热管道电源，调节电压器电压为150V。
（5）使用电火花点火器点火，在本生灯出口形成稳定的层流火焰锋面。
（6）热电偶电子显示器温度稳定在290℃，打开高速相机捕获本生灯出口层流火焰锋面。
（8）根据公式,计算出航空煤油在该条件下的层流火焰传播速度0.88m/s,式中表示锥形火焰面上法向火焰传播速度，燃气出口速度，表示火焰面顶角；
（9）调节空气流量410L/h～740L/h，如图4所示，获得不同当量比层流火焰传播速度的变化曲线；
（10）调节电调压器，使得混气温度在230℃～290℃范围内变化，在同一温度下调节空气流量在410L/h～740L/h范围内变化，如图4所示，获得不同温度下层流火焰传播速度随当量比的变化曲线；
（11）调节燃油流量在10ml/h～70ml/h内变化，获得如图5所示的贫油点火、熄火极限随液体燃料流量变化曲线；
（12）燃油流量在65ml/h时，调节电调压器获得混气温度在230℃～290℃范围内变化，获得如图6所示，贫油点火、熄火极限随混气温度变化曲线。
本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：包括本生灯燃烧器（5），本生灯燃烧器（5）分别连接有测温显示器（6）、冷态空气加热系统和液体燃料蒸发系统，其中液体燃料蒸发系统通过橡皮管道（2）与注射泵（1）相连，冷态空气加热系统与外部空气相通；本生灯燃烧器（5）旁装有火焰图像采集与处理装置。
2.根据权利要求1所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的冷态空气加热系统液体燃料蒸发管道（3）以及与液体燃料蒸发管道（3）连接的第一点调压器（4）。
3.根据权利要求2所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的液体燃料蒸发管道（3）倾斜放置，与水平面夹角为10-20°，所述的液体燃料蒸发管道（3）从外到内依次由保温陶瓷管、石英玻璃管、镍铬电加热丝组成，其中镍铬电加热丝采用螺旋线缠绕方式并采用前密后疏的布置方式。
4.根据权利要求1所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的冷态空气加热系统包括依次连接的稳压立式储气罐（12）、浮子流量计（11）以及冷态空气加热管道（10），其中稳压立式储气罐（12）与外部空气相通，冷态空气加热管道（10）与本生灯燃烧器（5）相连，冷态空气加热管道（10）还连接有第二电调压器（9）。
5.根据权利要求4所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的冷态空气加热管道（10）从内到外依次为加热铜管中、石英玻璃管、保温陶瓷管；所述的浮子流量器空气流量为0L/h～600L/h；所述的第二电调压器调压范围为0～250V。
6.根据权利要求1所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的本生灯燃烧器（5）出口为螺旋可替换结构，出口内径为5mm～15mm。
7.根据权利要求1所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的火焰图像采集与处理装置包括高速摄像机（7）以及与高速摄像机（7）相连的计算机（8）。
8.根据权利要求1所述的液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置，其特征在于：所述的注射泵（1）流量可控，最大燃烧流量为500ml/h。
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Cited By (1)
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| CN104062394A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-24 | 南京航空航天大学 | 液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置及其测量方法 |
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2014
- 2014-05-29 CN CN201420281277.1U patent/CN204101526U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| CN104062394B (zh) * | 2014-05-29 | 2016-03-02 | 南京航空航天大学 | 液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置及其测量方法 |
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