CN219957430U - 一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，属于燃烧实验设备技术领域。一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，包括：加热单元，所述加热单元包括加热炉，所述加热炉侧壁开设有观察窗，所述加热炉的对角设置有进气孔；液滴输送单元，用于将实验液滴由上至下送入加热炉内；供气单元，输出端与进气孔相连通，用于在加热炉内形成空间环流；数据记录单元，用于通过观察窗采集加热炉内液滴燃烧的图像；本实用新型通过分别精确控制供气单元两个气瓶流量和比例以在加热炉内形成不同的气体氛围。

Description

一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置

技术领域

本实用新型涉及燃烧实验设备技术领域，尤其涉及一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置。

背景技术

发动机喷雾燃烧是最基本也是最重要的过程，其中许多液滴一起蒸发并在发动机中燃烧。原理虽然简单，但喷雾过程中液滴的燃烧过程是复杂的，在喷雾中，液滴通过雾化、蒸发和燃料-空气混合过程之间的复杂相互作用在很大程度上影响最终燃烧效率。为了了解喷雾燃烧的整体行为，有必要研究液滴的燃烧特性。

申请号为201910795573.0的中国专利公开了一种单液滴微爆现象实验装置，包括高压定容弹罐体，所述高压定容弹罐体内设置有加热电阻丝和液滴发生器，所述高压定容弹罐体上设置有所述高压定容弹罐体内腔连通的高压进气管和排气管，所述高压进气管上设置有进气阀门，所述排气管上设置有排气阀门。

上述专利能够实现对于液态燃料使用环境的温度场模拟和稳定均匀的压力场模拟，但该装置的不足之处在于无法维持稳定均匀的气体氛围。随着对液滴燃烧过程的深入研究，各种各样影响液滴燃烧的因素都在研究范围之内，同时，气体氛围也是一个关键影响因素，现有的液滴实验台，绝大多数都是在正常气体氛围下进行实验。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中燃烧实验无法维持稳定均匀的气体氛围，而提出的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，包括：加热单元，所述加热单元包括加热炉，所述加热炉侧壁开设有观察窗，所述加热炉的对角设置有进气孔；液滴输送单元，用于将实验液滴由上至下送入加热炉内；供气单元，输出端与进气孔相连通，用于在加热炉内形成空间环流；数据记录单元，用于通过观察窗采集加热炉内液滴燃烧的图像。

优选地，所述加热炉内部设置有加热丝。

优选地，还包括数显温控仪及与数显温控仪电性连接的热电偶，所述热电偶设置在加热炉的底部且延伸至加热炉内。

优选地，所述加热炉顶部中心位置开设有进料孔，所述进料孔上设置有隔热板，所述加热炉顶部设置有用于控制隔热板启闭的旋钮。

进一步地，所述液滴输送单元包括：控制机箱；导轨，所述导轨的底部设置有电机，所述电机的输出端设置有同步带，所述同步带上安装有滑块；固定连接在滑块上的支杆，所述支杆上安装有刚玉管，所述刚玉管设置在进料孔的正上方。

优选地，所述供气单元包括：气瓶，所述气瓶的输出端设置有减压阀；汇流管，通过第一管道与减压阀相连通，所述第一管道上设置有第一流量计和第二流量计，所述汇流管通过第二管道与进气孔相连通。

优选地，所述数据记录单元包括：计算机；高速相机和红外相机，均位于加热炉的一侧，所述高速相机和红外相机正对观察窗；补光灯，位于加热炉的另一侧，发光源正对高速相机和红外相机。

优选地，所述加热炉的内部设置有保温层，外部设置有防护板。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，具备以下有益效果：

1、该气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，通过加热炉采用呈长方体状，外部不锈钢防护板和内部保温层的结构，在不影响液滴燃烧的同时又能尽可能降低热量散失；

2、该气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，通过铁铬铝加热丝位于保温层内中部偏下30mm处，水平布置，尽可能降低液滴通过进料孔进入高温区的预热时间；

3、该气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，通过旋钮来控制隔热板开关，用于降低在加热过程中的热量散失同时避免液滴进入加热炉之前预热。

4、该气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，通过进气孔充入不同的气体氛围，吹扫到加热炉的每个死角，在内部产生稳定均匀的气体氛围，且气体在加热炉内部环绕流动，尽可能降低加热炉中心的气体流速，从而降低气体流动对液滴燃烧火焰的影响。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本实用新型通过在液滴周围形成立体环绕的气体氛围，最大限度的不影响燃烧状态，保证液态燃料使用环境的温度场趋近真实模拟。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置的结构示意图一；

图2为本实用新型提出的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置的结构示意图二；

图3为本实用新型提出的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置加热炉的结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置供气单元的结构示意图。

图中：1、电机；2、控制机箱；3、限位器；4、导轨；5、滑块；6、同步带；7、支杆；8、刚玉管；9、精密注射泵；10、微量注射器；11、补光灯；12、气瓶；13、汇流管；14、数显温控仪；15、高速相机；16、计算机；17、红外相机；18、隔热板；19、旋钮；20、加热炉；21、保温层；22、观察窗；23、进气孔；24、进料孔；25、热电偶；26、加热丝；27、第一流量计；28、减压阀；29、第二流量计。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型的限制。

实施例：

参照图1-图4，一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，包括液滴生成单元和液滴输送单元、提供高温环境的加热单元、在加热炉20内部维持不同气体氛围的供气单元以及记录液滴燃烧过程的数据记录单元。

输送单元设于加热炉20的侧方竖直放置，通过螺丝固定在实验平台上，包括刹车步进电机1、控制机箱2、光电限位器3、直线导轨4、滑块5、同步带6、支杆7和刚玉管8；液滴生成单元则是微量注射器9和精密注射泵10；刹车步进电机1通过带动同步带6来控制滑块5上下移动，支杆7黏结固定在直线导轨4的滑块5上，支杆7末端预留有小孔，镍铬纤维丝穿过刚玉管8黏结固定在小孔中，镍铬纤维丝的末端设有悬挂单液滴的球形结点，通过控制滑块5的上下移动可将燃料液滴通过进料孔24进入加热炉20内部高温区。

加热炉20基本呈长方体状，采用双层结构设计，包括外部不锈钢防护板和内部保温层21，不锈钢防护板与主体支撑框架使用螺丝进行紧密安装，内部保温层21之间搭接安装，侧面使用夹紧块固定，保温层21内腔尺寸优选为100×100×120mm，在不影响液滴燃烧的同时又能尽可能降低热量散失。

在保温层21内腔设置铁铬铝加热丝26对内部空间进行充分加热，可产生高达1200℃且稳定均匀的温度场。铁铬铝加热丝26位于保温层21内中部偏下30mm处，水平布置，尽可能降低液滴通过进料孔24进入高温区的预热时间。

为了便于对液滴燃烧实验过程进行观察，加热炉20侧面设有4个石英玻璃观察窗22，石英玻璃观察窗22分别两两对称设置在加热炉20侧面间隔180°的位置，高度方向居中，直径为50mm，石英玻璃观察窗22通过法兰连接在不锈钢防护板上。在进料孔24处设有隔热板18，通过旋钮19来控制隔热板18开关，用于降低在加热过程中的热量散失同时避免液滴进入加热炉20之前预热。

四个进气孔23分别位于内部保温层21侧面的顶角或底角处，相邻侧面上的进气孔23位于顶角和底角处，且斜对角设置。进气孔23的设计是为了在充入不同的气体氛围时，吹扫到加热炉20的每个死角，在内部产生稳定均匀的气体氛围，且气体在加热炉20内部环绕流动，尽可能降低加热炉20中心的气体流速，从而降低气体流动对液滴燃烧火焰的影响。

K型热电偶25通过加热炉20底部开孔进入内腔，用于实时监测高温区内部实际温度。

供气单元包括气瓶12、减压阀28、两个0.1～2L/min第一流量计27、两个20～200ml/min第二流量计29、用于混合气体的汇流管13，通过精确控制气瓶12流量和比例，可以使气体汇流在加热炉20内形成不同的气体氛围，两个0.1～2L/min第一流量计27分别连接在气瓶12的一条管路上，在加热炉20加热之前调节较大的流量，气体流入汇流管13混合后，充入加热炉20进行冲刷，排出加热炉20内的剩余气体并产生所需的气体氛围。两个20～200ml/min第二流量计29分别连接在气瓶12的另一条管路上，在加热炉开始加热以及液滴进入加热炉20后进行实验时，关闭两个0.1～2L/min第一流量计27并将两个20～200ml/min第二流量计29调节至相同的流量比例，用于维持内腔气体氛围的稳定，并且使用小流量来降低气流对液滴燃烧火焰的影响。

数据记录单元包括连接计算机16的高速相机15、红外相机17和LED补光灯11。前后相对的石英玻璃观察窗22分别用于高速相机15拍摄和LED补光灯11，左右相对的石英玻璃观察窗22分别用于红外相机17拍摄和LED补光灯11。

该气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，具体步骤如下：

第一步，产生所需气体氛围：通过旋钮19打开加热炉20顶部进料孔24处的隔热板18，打开气瓶12再用减压阀28将压力调节到需要的压力，将气瓶12一条管路上的0.1～2L/min第一流量计27分别调节到所需的流量比例，气体流入汇流管13混合后充入加热炉20约2min，使加热炉20内腔形成稳定均匀的气体氛围。

第二步，形成高温区：关闭0.1～2L/min第一流量计27，关闭进料孔24处的隔热板18，尽可能降低在加热炉20加热过程中的热量散失，将气瓶12另一条管路上的20～200ml/min第二流量计29分别调节至相同的流量比例，使气体缓慢地充入加热炉20内，再利用数显温控仪14设定实验温度进行加热。

第三步，生成液滴：启动精密注射泵9，推动微量注射器10从而产生预期大小的液滴，并将液滴悬挂在镍铬纤维丝末端的球形结点处。

第四步，输送液滴：加热炉20达到设定温度后，打开进料孔24处的隔热板18，将液滴以35cm/s的速度移动到加热炉内指定位置进行实验。

第五步，记录数据：液滴移动时，打开LED补光灯11，高速相机15和红外相机17开始工作，对液滴燃烧的全过程进行拍摄。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，包括：

加热单元，所述加热单元包括加热炉(20)，所述加热炉(20)侧壁开设有观察窗(22)，所述加热炉(20)的对角设置有进气孔(23)；

液滴输送单元，用于将实验液滴由上至下送入加热炉(20)内；

供气单元，输出端与进气孔(23)相连通，用于在加热炉(20)内形成空间环流；

数据记录单元，用于通过观察窗(22)采集加热炉(20)内液滴燃烧的图像。

2.根据权利要求1所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，所述加热炉(20)内部设置有加热丝(26)。

3.根据权利要求1所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，还包括数显温控仪(14)及与数显温控仪(14)电性连接的热电偶(25)，所述热电偶(25)设置在加热炉(20)的底部且延伸至加热炉(20)内。

4.根据权利要求1所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，所述加热炉(20)顶部中心位置开设有进料孔(24)，所述进料孔(24)上设置有隔热板(18)，所述加热炉(20)顶部设置有用于控制隔热板(18)启闭的旋钮(19)。

5.根据权利要求4所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，所述液滴输送单元包括：

控制机箱(2)；

导轨(4)，所述导轨(4)的底部设置有电机(1)，所述电机(1)的输出端设置有同步带(6)，所述同步带(6)上安装有滑块(5)；

固定连接在滑块(5)上的支杆(7)，所述支杆(7)上安装有刚玉管(8)，所述刚玉管(8)设置在进料孔(24)的正上方。

6.根据权利要求1所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，所述供气单元包括：

气瓶(12)，所述气瓶(12)的输出端设置有减压阀(28)；

汇流管(13)，通过第一管道与减压阀(28)相连通，所述第一管道上设置有第一流量计(27)和第二流量计(29)，所述汇流管(13)通过第二管道与进气孔(23)相连通。

7.根据权利要求1所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，所述数据记录单元包括：

计算机(16)；

高速相机(15)和红外相机(17)，均位于加热炉(20)的一侧，所述高速相机(15)和红外相机(17)正对观察窗(22)；

补光灯(11)，位于加热炉(20)的另一侧，发光源正对高速相机(15)和红外相机(17)。

8.根据权利要求1所述的一种气体氛围可控的液滴燃烧实验装置，其特征在于，所述加热炉(20)的内部设置有保温层(21)，外部设置有防护板。