CN208922598U - 一种适用于燃烧学的综合实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于燃烧学的综合实验台，包括气体混合装置，包括空气进气管路、燃料进气管路以及混合气体管路，所述混合气体管路的进气端分别连通所述空气进气管路以及所述燃料进气管路的出气端。本生灯、变径玻璃管、第一等径玻璃管均与混合气体管路的出气端连通，并分别设有开关阀进行控制。使得本实验台既可以进行本生灯法测量火焰传播速度实验，也可以进行玻璃管法测量火焰传播速度实验，从而降低成本并方便进行对比实验。本实用新型的实验台还可以进行燃烧学的热声不稳定性研究。并且实验台的气体混合装置的结构简单，便于推广至各大高校以及相关中小企业。

Description

一种适用于燃烧学的综合实验台

技术领域

本实用新型属于实验设备领域，具体而言，涉及一种适用于燃烧学的综合实验台。

背景技术

燃烧学是研究燃烧现象、实践和理论的科学。燃烧是涉及到化学、热力学、传热传质学和流体力学等问题的复杂过程。而燃烧学中的火焰传播速度是燃料燃烧的重要参数，它对发动机设计、湍流燃烧的模拟以及化学反应动力学的验证等研究都至关重要。

对于特定气体的火焰传播速度，一般会在实验室中，采用多种方式进行测量与对比，同时热声不稳定性研究也是燃烧学的重要实验。然而，目前的燃烧学实验研究设备过于复杂，成本高，不适合推广使用。

实用新型内容

本实用新型提供了一种适用于燃烧学的综合实验台，旨在解决现有燃烧学实验设备过于复杂，成本高，不适合推广使用的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种适用于燃烧学的综合实验台，包括：气体混合装置，包括空气进气管路、燃料进气管路以及混合气体管路，所述混合气体管路的进气端分别连通所述空气进气管路以及所述燃料进气管路的出气端；所述空气进气管路的进气端至出气端依次设有第一开关阀、第一调节阀以及第一流量计；所述燃料进气管路的进气端至出气端依次设有第二开关阀、第二调节阀以及第二流量计。

本生灯，其进气口与所述混合气体管路的出气端连通，所述本生灯与所述混合气体管路之间设有第三开关阀。

变径玻璃管，其进气口与所述混合气体管路的出气端连通，所述变径玻璃管与所述混合气体管路之间设有第四开关阀。

第一等径玻璃管，其进气口与所述混合气体管路的出气端连通，所述第一等径玻璃管与所述混合气体管路之间设有第五开关阀。

本实用新型还可以通过以下技术措施进一步完善：

作为进一步改进，还包括第一竖向固定架以及第二竖向固定架，所述第一竖向固定架用于将所述变径玻璃管固定为进气口朝下的竖直方向，所述第二竖向固定架用于将所述第一等径玻璃管固定为进气口朝下的竖直方向。

作为进一步改进，还包括游标高度尺，所述游标高度尺用于测量所述本生灯、所述变径玻璃管的火焰高度。

作为进一步改进，所述本生灯包括灯座，以及固定在所述灯座上的灯管，所述灯管的下部侧壁设有进气通孔。

作为进一步改进，所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述第四开关阀、所述第五开关阀均采用球阀结构，所述球阀的阀体为不锈钢材料，密封垫圈为PTFE材料。

作为进一步改进，所述第一调节阀、所述第二调节阀均采用计量阀结构，所述计量阀的阀体为不锈钢材料。

作为进一步改进，所述空气进气管路、所述燃料进气管路以及所述混合气体管路的气体管道采用聚四氟乙烯管。

作为进一步改进，还包括第三竖向固定架、第二等径玻璃管以及分贝仪，所述第二等径玻璃管竖向滑动设置于所述第三竖向固定架上。

作为进一步改进，所述第一流量计、所述第二流量计均为气体质量流量计且均具有显示仪，所述显示仪用于显示气体流量值。

作为进一步改进，所述变径玻璃管与所述第一等径玻璃管均采用石英玻璃材料。

本实用新型的有益效果是：本实验台中的本生灯、变径玻璃管、第一等径玻璃管均与混合气体管路的出气端连通，并分别设有开关阀进行控制。使得本实验台既可以进行本生灯法测量火焰传播速度实验，也可以进行玻璃管法测量火焰传播速度实验，从而降低成本并方便进行对比实验。

本实验台中的气体混合装置具有调节流量的计量阀，测量质量流量的气体流量计，可以满足燃烧学实验中控制变量和获取流量数据的功能。并且气体混合装置的结构简单，便于推广至各大高校以及相关中小企业。

进一步的，本实验台还可以进行燃烧学的热声不稳定性研究。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例的一种适用于燃烧学的综合实验台的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的本生灯的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的变径玻璃管中心竖直截面的结构示意图。

图标：

气体混合装置10、空气进气管路11、燃料进气管路12、混合气体管路13、第一开关阀14、第一调节阀15、第一流量计16、第二开关阀17、第二调节阀18、第二流量计19、

本生灯20、第三开关阀21、灯管22、进气通孔23、灯座24、变径玻璃管30、第四开关阀31、第一等径玻璃管40、第五开关阀41。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述，并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参考图1，一种适用于燃烧学的综合实验台，包括：气体混合装置10、本生灯20、变径玻璃管30、以及第一等径玻璃管40。

其中，气体混合装置10包括空气进气管路11、燃料进气管路12以及混合气体管路13。所述混合气体管路13的进气端分别连通所述空气进气管路11以及所述燃料进气管路12的出气端。因此，空气和燃料在混合气体管路13进行混合，以方便下一步骤的点火。

所述空气进气管路11的进气端至出气端依次设有第一开关阀14、第一调节阀15以及第一流量计16。所述燃料进气管路12的进气端至出气端依次设有第二开关阀17、第二调节阀18以及第二流量计19。

第一调节阀15和第二调节阀18可以分别调节空气和燃料的进气速率，由于调节阀无法用于完全关闭气体通道，因此在本实用新型中，还设有第一开关阀14和第二开关阀17。第一流量计16和第二流量计19可以用来获取气体流量数据。

其中，本生灯20的进气口与所述混合气体管路13的出气端连通，所述本生灯20与所述混合气体管路13之间设有第三开关阀21；变径玻璃管30的进气口与所述混合气体管路13的出气端连通，所述变径玻璃管30与所述混合气体管路13之间设有第四开关阀31；第一等径玻璃管40的进气口与所述混合气体管路13的出气端连通，所述第一等径玻璃管40与所述混合气体管路13之间设有第五开关阀41。

通过将本生灯20、变径玻璃管30、第一等径玻璃管40均与混合气体管路13的出气端管连通，并分别设有开关阀进行控制。使得本实验台既可以进行本生灯法测量火焰传播速度实验，也可以进行玻璃管法测量火焰传播速度实验，从而降低成本并方便进行对比实验。本实施例的实验台结构简单，便于推广至各大高校以及相关中小企业。

实验台还包括第一竖向固定架以及第二竖向固定架。第一竖向固定架以及第二竖向固定架可以采用不锈钢支架，实验台具有用于做实验的台面，第一竖向固定架以及第二竖向固定架固定在实验台的台面上，从而确保其稳定性。

所述第一竖向固定架用于将所述变径玻璃管30固定为进气口朝下的竖直方向，所述第二竖向固定架用于将所述第一等径玻璃管40固定为进气口朝下的竖直方向。

玻璃管法测量火焰传播速度时，在运动的燃气/空气混合物中，火焰的热量不断地传给未燃的混合气体，使其温度上升而着火燃烧，同时焰面向可燃气体混合物方向运动。当第一等径玻璃管40或变径玻璃管30的进气口朝下时，在第一等径玻璃管40或变径玻璃管30的出气端点燃混合气体时，焰面向下运动，更加方便测试。

请参考图3，为变径玻璃管30中心竖直截面示意图。在实验时，图中l₁代表火焰上端所在位置玻璃管的内径，l₂代表火焰下端所在位置玻璃管的内径，d₀₂代表火焰中心位置玻璃管的内径。因此，采用变径玻璃管30可以在测量火焰速度的实验中，获取更多的数据，以提高实验结果的准确度。

其中，所述变径玻璃管30与所述第一等径玻璃管40均采用石英玻璃材料。石英玻璃管材料耐高温，1730℃时才开始变软，可长期在1100℃左右的温度下工作，能短时间工作在1450℃左右，因此石英玻璃完全可以满足实验要求的温度。并且热定性比较好，石英玻璃的热膨胀系数小，可以适应温度的剧烈变化，将石英玻璃加热至1100℃后放入常温水中，也不会发生炸裂。此外石英玻璃从红外线到紫外线都有很好的通透性，对可见光的透过率可达93％。以及电绝缘性好，石英玻璃的电绝缘性能是普通玻璃的一万多倍，即使在高温条件下，也具有良好的绝缘效果。耐腐蚀性强，除了氢氟酸外，石英玻璃几乎不与任何物质发生反应，耐腐蚀性是陶瓷的30倍，是不锈钢的150倍，尤其在高温条件下，其稳定性是其它材料无法比拟的。

实验台还包括游标高度尺，所述游标高度尺用于测量所述本生灯20、所述变径玻璃管30的火焰高度。该游标高度尺是可以移动的，在本实施例中，游标高度尺使用方便，精度高。

请参考图2，所述本生灯20包括灯座24，以及固定在所述灯座24上的灯管22，所述灯管22高度的优选范围为270～300mm，所述灯管22的下部侧壁设有进气通孔23。

在本实施例中，灯管22高为280mm，内径为10mm。充分混合的高纯空气和甲烷气体，从侧面通入本生灯20中，在灯管22出口点燃混合气体，即产生稳定的层流预混火焰。

本实验装置采用自主设计制造的本生灯20测定甲烷火焰传播速度，装置简单，且便于研究温度和压力对火焰传播速度的影响。

在本实施例中，所述第一开关阀14、所述第二开关阀17、所述第三开关阀21、所述第四开关阀31、所述第五开关阀41均采用球阀结构，所述球阀的阀体为不锈钢材料，密封垫圈为PTFE材料。从而提高球阀的使用温度和最大工作压力。

所述第一调节阀15、所述第二调节阀18均采用计量阀结构，所述计量阀的阀体为不锈钢材料，调节流量范围广，精度高。

所述空气进气管路11、所述燃料进气管路12以及所述混合气体管路13的气体管道采用聚四氟乙烯管。该材料的耐压性能好，且耐腐蚀性好，容易切割和弯折，使用非常方便。

本实验台还包括两个气体过滤器，两个所述气体过滤器分别与所述空气进气管路11以及燃料进气管路12的进气端连通。这是由于通过流量计的气体，最好经过净化处理，去除粉尘、液体和油污，以保证测量数据准确，同时避免流量计零部件损伤。

进一步的，所述第一流量计16、所述第二流量计19均为气体质量流量计且均具有显示仪，所述显示仪用于显示气体流量值。需要说明的是，第一流量计16、第二流量计19也可以同时连接电脑或其他设备进行显示。

在本实用新型的其他实施例中，实验台还包括第三竖向固定架、第二等径玻璃管以及分贝仪。所述第三竖向固定架固定设置在实验台的台面上，所述第二等径玻璃管固定在所述第三竖向固定架上，并且可以根据实验需要，在第三竖向固定架的竖直方向上进行上下移动。具体的，可以是第三竖向固定架上设有玻璃管的竖向滑道，以及用于固定第二等径玻璃管的夹子。

在进行热声不稳定性研究时，先点燃本生灯20，并将本生灯20移动至第二等径玻璃管下方，控制第二等径玻璃管在第三竖向固定架上下移动，使本生灯20的灯管22部分进入第二等径玻璃管中。

其中分贝仪，具体的选用数显分贝仪。燃烧热声不稳定存在于燃烧室中，是由于火焰释热率脉动和燃烧室声场压力脉动相互耦合所产生的一种燃烧不稳定现象。拥有数显分贝仪的实验台可以进行燃烧型Rijke管的热声不稳定性研究。

以及，随着气体流量的变化，火焰在玻璃管中产生的声音有明显的变化，可以用声压频谱分析仪结合分贝仪测量声音频率的变化。从而获得更精确的实验数据。

在其他实施例中，还包括声压频谱分析仪、热电偶及温度表。声压频谱分析仪用于与分贝仪相配合，进行声压频谱分析。使用热电偶和温度表测量第二等径玻璃管出口温度周期性变化，展示不稳定性导致的温度周期波动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于燃烧学的综合实验台，其特征在于，包括：

气体混合装置，包括空气进气管路、燃料进气管路以及混合气体管路，所述混合气体管路的进气端分别连通所述空气进气管路以及所述燃料进气管路的出气端；所述空气进气管路的进气端至出气端依次设有第一开关阀、第一调节阀以及第一流量计；所述燃料进气管路的进气端至出气端依次设有第二开关阀、第二调节阀以及第二流量计；

本生灯，其进气口与所述混合气体管路的出气端连通，所述本生灯与所述混合气体管路之间设有第三开关阀；

变径玻璃管，其进气口与所述混合气体管路的出气端连通，所述变径玻璃管与所述混合气体管路之间设有第四开关阀；

第一等径玻璃管，其进气口与所述混合气体管路的出气端连通，所述第一等径玻璃管与所述混合气体管路之间设有第五开关阀。

2.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，还包括第一竖向固定架以及第二竖向固定架，所述第一竖向固定架用于将所述变径玻璃管固定为进气口朝下的竖直方向，所述第二竖向固定架用于将所述第一等径玻璃管固定为进气口朝下的竖直方向。

3.根据权利要求2所述的综合实验台，其特征在于，还包括游标高度尺，所述游标高度尺用于测量所述本生灯、所述变径玻璃管的火焰高度。

4.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，所述本生灯包括灯座，以及固定在所述灯座上的灯管，所述灯管的下部侧壁设有进气通孔。

5.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述第四开关阀、所述第五开关阀均采用球阀结构，所述球阀的阀体为不锈钢材料，密封垫圈为PTFE材料。

6.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，所述第一调节阀、所述第二调节阀均采用计量阀结构，所述计量阀的阀体为不锈钢材料。

7.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，所述空气进气管路、所述燃料进气管路以及所述混合气体管路的气体管道采用聚四氟乙烯管。

8.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，还包括第三竖向固定架、第二等径玻璃管以及分贝仪，所述第二等径玻璃管竖向滑动设置于所述第三竖向固定架上。

9.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，所述第一流量计、所述第二流量计均为气体质量流量计且均具有显示仪，所述显示仪用于显示气体流量值。

10.根据权利要求1所述的综合实验台，其特征在于，所述变径玻璃管与所述第一等径玻璃管均采用石英玻璃材料。