详情

原文传递一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置及方法

专利名称：	一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置及方法
摘要：	本发明公开了一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置及方法，包括燃烧室、温度控制器、高速摄像机、数据采集仪、计算机、高压气瓶等，燃烧室是液滴完成蒸发或燃烧的区域，与温度控制器、计算机连接，温度控制器可控制流过加热丝的电流，继而控制燃烧室温度，高速摄像机记录液滴的蒸发或燃烧过程，数据采集仪记录燃烧过程中的液滴周围的气相温度变化，高压气瓶连接燃烧室，对燃烧室进行充气，以实现燃烧室内高压和不同气氛环境。本发明提供的研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置及方法，能任意调整和维持燃烧室的温度，同时还能实现燃烧室内湍流和高压环境，从而保证实验变量的多样性和实验结果的精确性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	常州大学
发明人：	朱宝忠;代宝鑫;孙运兰;季言午;张思懿;嵇江龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910728585.1
公开号：	CN110376246A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	董建林
分类号：	G01N25/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	213164 江苏省常州市武进区滆湖路1号
主权项：	1.一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，包括计算机、数据采集仪、燃烧室、温度控制器、高压气瓶和高速摄像机，所述燃烧室内布置风机，风机的功率由计算机控制，通过控制风机的启停个数和功率实现燃烧室内不同的湍流强度和内部气流循环方向，液滴在燃烧室内完成蒸发或燃烧，温度控制器、高速摄像机和数据采集仪与计算机相连接，通过计算机设置目标温度、目标压力、采集频率等参数并一键触发，高速摄像机负责记录燃烧室内液滴的蒸发或燃烧过程并传送至计算机，数据采集仪负责记录燃烧室内燃烧过程中的液滴周围的气相温度变化，并将记录数据传送至计算机，通过温度控制器控制燃烧室内部温度，以实现燃烧室内不同温度环境，高压气瓶连通燃烧室，对燃烧室进行充气，以实现燃烧室内高压和不同气氛环境。 2.根据权利要求1所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，所述燃烧室的外壳为铝合金，内部和外壳之间填充物为氧化铝纤维，能够有效地隔热保温，燃烧室上壁面中心位置处固定有2根竖立且并排的刚玉管，每根刚玉管上均有两个孔洞，通过孔洞在其中一个刚玉管上固定SiC纤维丝，在另一根刚玉管上布置热电偶，刚玉管的附近布置火花塞，其末端在SiC纤维丝附近，火花塞对液滴进行电火花点火，SiC纤维丝用于悬挂燃料液滴，热电偶用于测量液滴蒸发或燃烧过程中的气相温度变化，所述燃烧室的下部分空间内布置加热丝，通过温度控制器控制流过加热丝的电流，实现控制燃烧室温度的目的。 3.根据权利要求1所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，所述燃烧室的侧壁面上布置温度传感器和压力传感器，温度传感器用于将燃烧室内部实时温度传回温度控制器，所述压力传感器用于将燃烧室内部实时压力传回计算机。 4.根据权利要求1所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，所述燃烧室的8个角分别连接着一个风道，每个风道之中均设有风机，风机的功率和启、停均受计算机控制，通过控制风机的启停个数和功率来实现燃烧室内不同的湍流强度和内部气流循环方向。 5.根据权利要求1所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，所述燃烧室的上壁面靠近燃烧室上壁面固定的刚玉管处布置一个送样通道，后壁面上分别布置进气口和一个排气口，送样通道、进气口和排气口均为外螺纹结构的钢管，并配有螺帽，可以按照需要通过螺帽实现开启或密封，送样通道斜穿燃烧室的外壳和填充层进入燃烧室内部，以实现送样，进气口和高压气瓶连接，通过进气口连通燃烧室内部和高压气瓶，以维持燃烧室内部高压和不同气体氛围环境，排气口的作用是泄压和排气。 6.根据权利要求1所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，所述燃烧室的四个面均布置有观火窗，材料选用耐高温高压的石英材质，可按照不同需求在观火窗外布置激光点火器、高速摄像机和/或LED强光灯，激光点火器、高速摄像机、LED强光灯均连接着计算机，可通过计算机设置参数并一键触发启动或关闭，激光点火器可以通过计算机一键触发，对液滴进行激光点火，LED强光灯对燃烧室3进行补光以便于拍摄。 7.根据权利要求1所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置，其特征在于，所述燃烧室的一个侧面是可打开的炉膛门，炉膛门与燃烧室之间设置有塔扣锁，当实验进行时关闭并锁死炉膛门。 8.一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的装置实现，包括以下步骤：步骤1：打开炉膛门，将SiC纤维丝悬挂在刚玉管上；关闭炉膛门，启动装置，在计算机上设置目标温度、目标压力、湍流强度和内部气流循环方向，通过计算机确定风机的功率和启停个数；计算机将命令输出到温度控制器和燃烧室，温度传感器和压力传感器分别用于将燃烧室内的温度和压力反馈到温度控制器和计算机中；步骤2：打开高压气瓶，通过进气口对燃烧室充惰性气体，待计算机显示燃烧室内部达到目标压力后，关闭高压气瓶；通过温度传感器将燃烧室内的实际温度反馈到温度控制器和计算机中，温度控制器对燃烧室内部温度进行判定，当燃烧室内实际温度不足目标温度时，对加热丝供电，加热丝对燃烧室进行加热，当燃烧室内实际温度大于目标温度时即停止供电，从而使温度维持在固定值，风机按照计算机计算出的运行功率和启停个数运行；步骤3：待温度稳定后，通过计算机一键触发高速摄像机、数据采集仪工作；打开送样通道，利用微量取样器将液滴悬挂在SiC纤维丝上后，高速摄像机记录液滴的整个蒸发过程，数据采集仪记录热电偶监测到的液滴周围的气相温度变化；步骤4：待液滴完全蒸发，高速摄像机和数据采集仪停止工作，记录数据自动保存在计算机中，之后打开排气口，泄压排气。 9.根据权利要求8所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的方法，其特征在于，步骤3中，通过计算机控制激光点火器对液滴进行激光点火，或通过火花塞对液滴进行电火花点火。 10.根据权利要求8所述的一种研究湍流模式下液滴蒸发与燃烧特性的方法，其特征在于，所述高压气瓶中的气体换为助燃气体，通过进气口对燃烧室充气时，用于研究高压和不同气体氛围下料液滴蒸发与燃烧特性；直接打开进气口即可研究常压时料液滴蒸发与燃烧特性。
所属类别：	发明专利