適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器及其方法。它包括燃燒器、溫度顯示器、加熱器控制器、流量控制器及顯示儀表、減壓閥、壓縮空氣儲(chǔ)氣罐、精密油量泵、燃料箱、保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐、減壓閥、流量控制器及顯示儀表，燃燒器包括燃燒器出口、保護(hù)氣體導(dǎo)流罩、多孔陶瓷穩(wěn)流器、保溫材料、溫度傳感器、空氣接觸式電加熱器、液體燃料霧化室。本發(fā)明的液體燃料錐形火焰燃燒器，能隔絕錐形火焰外圍的自然空氣，形成一個(gè)不受外界空氣影響的穩(wěn)定火焰，通過對(duì)空氣量和燃料量以及空氣加熱溫度的調(diào)節(jié)，對(duì)液體燃料燃燒特性即層流火焰速度、中間產(chǎn)物、碳煙生成機(jī)理及活性自由基相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行變量控制（當(dāng)量比、初始溫度）的研究。
【專利說明】適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)研究層流火焰燃燒特性的方法有滯止面法，定容彈法和平面火焰法等，其中滯止面法難以確定火焰鋒面的形狀，對(duì)計(jì)算火焰拉伸率帶來很大困難，而且在高雷諾數(shù)情況下會(huì)限制其對(duì)火焰速度測(cè)量；定容彈法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且每次實(shí)驗(yàn)只在瞬間完成，不能提供一個(gè)持續(xù)可供觀測(cè)的火焰；平面火焰法中火焰熱量流失較大，影響層流火焰速率，不同平面火焰燃燒器之間的測(cè)量誤差較大。這些方法都有各自的缺陷，要么復(fù)雜，要么存在的影響因素多，誤差較大，不能提供一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定可靠的火焰進(jìn)行研究，針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、可控變量多，可有效避免火焰受自然空氣影響的適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于研究液體燃料層流火焰速度、中間產(chǎn)物、碳煙生成機(jī)理以及活性自由基的錐形火焰燃燒器及其方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器包括燃燒器、溫度顯示器、加熱器控制器、流量控制器及顯示儀表、減壓閥、壓縮空氣儲(chǔ)氣罐、精密油量泵、燃料箱、保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐、減壓閥、流量控制器及顯示儀表，燃燒器包括錐形火焰形成段、穩(wěn)流段、液體燃料霧化段、空氣加熱段、燃燒器出口、保護(hù)氣體導(dǎo)流罩、多孔陶瓷穩(wěn)流器、保溫材料、溫度傳感器、空氣接觸式電加熱器、液體燃料霧化室；
燃燒器從上到下依次設(shè)有錐形火焰形成段、穩(wěn)流段、液體燃料霧化段、空氣加熱段，燃燒器上部即錐形火焰形成段設(shè)有燃燒器出口，燃燒器出口外圍設(shè)有保護(hù)氣體導(dǎo)流罩，保護(hù)氣體導(dǎo)流罩經(jīng)流量控制器及顯示儀表、減壓閥與保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐相連，燃燒器中部設(shè)有多孔陶瓷穩(wěn)流器，燃燒器下部設(shè)有空氣接觸式電加熱器即空氣加熱段，空氣接觸式電加熱器與加熱控制器相連，空氣接觸式電加熱器上端設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器與溫度顯示器相連，壓縮空氣儲(chǔ)氣罐經(jīng)減壓閥、流量控制器及顯示儀表與空氣接觸式電加熱器底部相連，多孔陶瓷穩(wěn)流器與空氣接觸式電加熱器之間設(shè)有液體燃料霧化室即液體燃料霧化段，燃料箱經(jīng)精密油量泵與液體燃料霧化室相連，液體燃料霧化段與錐形火焰形成段之間為穩(wěn)流段，燃燒器外壁設(shè)有保溫材料。
[0005]所述的液體燃料霧化段自下而上為漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，喉部圓周上開有燃料進(jìn)給口。
[0006]所述的喉部圓周上均勻分布開有多個(gè)開有燃料進(jìn)給口，且孔徑各不相同。
[0007]所述的保護(hù)氣體導(dǎo)流罩圓周上均勻分布著四個(gè)保護(hù)氣體入口。
[0008]適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器的燃燒控制方法是:工作時(shí)，先通入空氣，并開啟空氣接觸式電加熱器，由溫度傳感器反饋的信號(hào)調(diào)節(jié)加熱功率，當(dāng)預(yù)熱空氣溫度達(dá)到待研究液體燃料所需要的溫度時(shí)，保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐開始供應(yīng)保護(hù)氣體，并開始從燃料箱通入待研究液體燃料，所通入的燃料量可由精密測(cè)量泵精確控制，然后根據(jù)所測(cè)試的不同液體燃料的理化特性即粘度、表面張力、分子量、密度，選擇不同的液體燃料霧化室喉部燃料進(jìn)給口通道，由于液體燃料霧化室的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，燃料從喉部通入時(shí)，由于空氣的節(jié)流作用，以及預(yù)熱空氣提供較高的溫度環(huán)境促進(jìn)液體燃料汽化，促進(jìn)液體燃料-預(yù)熱空氣混合，預(yù)混合氣通過多孔陶瓷穩(wěn)流器形成均質(zhì)層流混合氣，然后在燃燒器出口點(diǎn)燃，形成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的錐形火焰，進(jìn)而對(duì)所測(cè)試液體燃料的燃燒特性進(jìn)行研究，此燃燒器通過改變空氣內(nèi)接觸式電加熱器的加熱功率、控制精確油量泵通過的油量以及流量控制器通過的壓縮空氣量，來研究不同預(yù)熱溫度、不同空燃比的不同燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料的燃燒特性即層流火焰速度、中間產(chǎn)物、碳煙生成機(jī)理及活性自由基；通過液體燃料霧化段燃料進(jìn)給口的選擇，使所測(cè)試的不同燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料都能達(dá)到最優(yōu)霧化效果，燃料進(jìn)給口的選擇是由所測(cè)試燃料的理化特性決定的，錐形火焰燃燒器利用預(yù)加熱空氣，液體燃料霧化段喉部節(jié)流作用擊碎液體燃料，并通過多孔陶瓷穩(wěn)流器形成一個(gè)均勻?qū)恿鞯目諝?燃料混合氣，通過保護(hù)氣體保護(hù)火焰不受外界空氣的影響，從而生成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的火焰，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可控變量多，火焰再生性強(qiáng)。
[0009]本發(fā)明的液體燃料錐形火焰燃燒器，能隔絕錐形火焰外圍的自然空氣，形成一個(gè)不受外界空氣影響的穩(wěn)定火焰，通過對(duì)空氣量和燃料量以及空氣加熱溫度的調(diào)節(jié)，可以對(duì)不同液體燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料燃燒特性相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行變量控制(當(dāng)量比、初始溫度)的研究。
本發(fā)明的適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器，通過不同燃料入口通道的選擇通過對(duì)空氣量和燃料量以及空氣預(yù)熱溫度的調(diào)節(jié)，并根據(jù)所研究液體燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料的理化特性即粘度、表面張力、分子量、密度選擇相對(duì)應(yīng)的液體燃料進(jìn)給口，從而實(shí)現(xiàn)不同液體燃料燃燒特性的變量(即當(dāng)量比、初始溫度)控制研究，利用保護(hù)氣體提供的保護(hù)層隔絕錐形火焰外圍的自然空氣，形成一個(gè)不受外界空氣影響的持續(xù)穩(wěn)定火焰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的保護(hù)氣體導(dǎo)流罩截面圖；
圖4為本發(fā)明的液體燃料霧化段喉部截面圖；
圖中:燃燒器錐形火焰形成段1、穩(wěn)流段2、液體燃料霧化段3、空氣加熱段4、溫度顯示器5、加熱器控制器6、流量控制器及顯示儀表7、減壓閥8、壓縮空氣儲(chǔ)氣罐9、精密油量泵
10、燃料箱11、保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐12、減壓閥13、流量控制器及顯示儀表14、燃燒器出口 15、保護(hù)氣體導(dǎo)流罩16、多孔陶瓷穩(wěn)流器17、保溫材料18、溫度傳感器19、空氣接觸式電加熱器20、液體燃料霧化室21。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的適用于研究液體燃料層流火焰速度及中間產(chǎn)物的錐形火焰燃燒器作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0012]如圖1、2所示，適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器包括燃燒器、溫度顯示器5、加熱器控制器6、流量控制器及顯示儀表7、減壓閥8、壓縮空氣儲(chǔ)氣罐9、精密油量泵10、燃料箱11、保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐12、減壓閥13、流量控制器及顯示儀表14，燃燒器包括錐形火焰形成段1、穩(wěn)流段2、液體燃料霧化段3、空氣加熱段4、燃燒器出口 15、保護(hù)氣體導(dǎo)流罩16、多孔陶瓷穩(wěn)流器17、保溫材料18、溫度傳感器19、空氣接觸式電加熱器20、液體燃料霧化室21 ；
燃燒器從上到下依次設(shè)有錐形火焰形成段1、穩(wěn)流段2、液體燃料霧化段3、空氣加熱段4，燃燒器上部即錐形火焰形成段I設(shè)有燃燒器出口 15，燃燒器出口外圍設(shè)有保護(hù)氣體導(dǎo)流罩16，保護(hù)氣體導(dǎo)流罩經(jīng)流量控制器及顯示儀表14、減壓閥13與保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐12相連，燃燒器中部設(shè)有多孔陶瓷穩(wěn)流器17，燃燒器下部設(shè)有空氣接觸式電加熱器20即空氣加熱段4，空氣接觸式電加熱器與加熱控制器6相連，空氣接觸式電加熱器20上端設(shè)有溫度傳感器19，溫度傳感器與溫度顯示器5相連，壓縮空氣儲(chǔ)氣罐9經(jīng)減壓閥8、流量控制器及顯示儀表7與空氣接觸式電加熱器底部相連，多孔陶瓷穩(wěn)流器與空氣接觸式電加熱器之間設(shè)有液體燃料霧化室21即液體燃料霧化段3，燃料箱11經(jīng)精密油量泵10與液體燃料霧化室21相連，液體燃料霧化段3與錐形火焰形成段I之間為穩(wěn)流段2，燃燒器外壁設(shè)有保溫材料18。
[0013]所述的液體燃料霧化段3自下而上為漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，喉部圓周上開有燃料進(jìn)給□。
[0014]如圖3所示，保護(hù)氣體導(dǎo)流罩圓周上均勻開有四個(gè)保護(hù)氣入口，以保證在燃燒火焰外圍提供一個(gè)均勻的保護(hù)層。
[0015]如圖4所示，液體燃料霧化段喉部圓周上均勻開有四個(gè)液體燃料進(jìn)給口，各個(gè)口徑互不相同，以適應(yīng)不同液體燃料的理化特性，達(dá)到最佳的霧化效果。
[0016]所述的喉部圓周上均勻分布開有多個(gè)開有燃料進(jìn)給口，且孔徑互不相同，以適應(yīng)不同液體燃料的理化特性，達(dá)到最達(dá)的霧化效果，如圖4所示。
[0017]所述的保護(hù)氣體導(dǎo)流罩16圓周上均勻分布著四個(gè)保護(hù)氣體入口，以保證在燃燒火焰外圍提供一個(gè)均勻的保護(hù)層，如圖3所示。
適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器的燃燒控制方法是:工作時(shí)，先通入空氣，并開啟空氣接觸式電加熱器20，由溫度傳感器19反饋的信號(hào)調(diào)節(jié)加熱功率，當(dāng)預(yù)熱空氣溫度達(dá)到待研究液體燃料所需要的溫度時(shí),保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐12開始供應(yīng)保護(hù)氣體,并開始從燃料箱11通入待研究液體燃料，所通入的燃料量可由精密測(cè)量泵10精確控制，然后根據(jù)所測(cè)試的不同液體燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料的理化特性即粘度、表面張力、分子量、密度，選擇不同的液體燃料霧化室21喉部燃料進(jìn)給口通道，由于液體燃料霧化室21的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，燃料從喉部通入時(shí)，由于空氣的節(jié)流作用，以及預(yù)熱空氣提供較高的溫度環(huán)境加速液體燃料汽化，促進(jìn)液體燃料-預(yù)熱空氣混合，預(yù)混合氣通過多孔陶瓷穩(wěn)流器17形成均質(zhì)層流混合氣,然后在燃燒器出口 15點(diǎn)燃,形成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的錐形火焰，進(jìn)而對(duì)所測(cè)試液體燃料的燃燒特性進(jìn)行研究，此燃燒器通過改變空氣內(nèi)接觸式電加熱器20的加熱功率、控制精確油量泵10通過的油量以及流量控制器7通過的壓縮空氣量，來研究不同預(yù)熱溫度、不同空燃比的不同燃料的燃燒特性即層流火焰速度、中間產(chǎn)物、碳煙生成機(jī)理及活性自由基；通過液體燃料霧化段4燃料進(jìn)給口的選擇，使所測(cè)試的不同液體燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料都能達(dá)到最優(yōu)霧化效果，燃料進(jìn)給口的選擇是由所測(cè)試燃料的理化特性決定的，錐形火焰燃燒器利用預(yù)加熱空氣，液體燃料霧化段喉部節(jié)流作用擊碎液體燃料，并通過多孔陶瓷穩(wěn)流器形成一個(gè)均勻?qū)恿鞯目諝?燃料混合氣，通過保護(hù)氣體保護(hù)火焰不受外界空氣的影響，從而生成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的火焰，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可控變量多，火焰再生性強(qiáng)。
[0018]通過本錐形火焰燃燒器形成的不同空燃比、不同初始溫度的穩(wěn)定錐形火焰，能夠利用CH或OH自由基的自發(fā)光特性，選擇不同的濾光片，拍攝得到錐形火焰形狀圖像，再根據(jù)混合氣流量和所得到的火焰截面積可以計(jì)算出層流火焰速度；利用不同的碳煙測(cè)試設(shè)備可以測(cè)量燃燒過程中碳煙生成量、直徑大小、顆粒數(shù)量，進(jìn)一步可以研究捕獲的碳煙顆粒中不同的有機(jī)溶解物及碳煙結(jié)構(gòu)；采用不同的激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，測(cè)量燃燒過程的自由基，進(jìn)一步分析燃燒機(jī)理，為建模計(jì)算燃燒速度提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器，其特征在于包括燃燒器、溫度顯示器(5^加熱器控制器“)、流量控制器及顯示儀表(了)、減壓閥(8^壓縮空氣儲(chǔ)氣罐(幻、精密油量泵(川)、燃料箱〔10、保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐(12^減壓閥(口)、流量控制器及顯示儀表(14),燃燒器包括錐形火焰形成段〔0、穩(wěn)流段(2^液體燃料霧化段(3^空氣加熱段“)、燃燒器出口(巧)、保護(hù)氣體導(dǎo)流罩(化)、多孔陶瓷穩(wěn)流器(^)、保溫材料(巧)、溫度傳感器(19 )、空氣接觸式電加熱器(20^液體燃料霧化室(21): 燃燒器從上到下依次設(shè)有錐形火焰形成段〔0、穩(wěn)流段口)、液體燃料霧化段(3^空氣加熱段(4),燃燒器上部即錐形火焰形成段(1)設(shè)有燃燒器燃燒器出口外圍設(shè)有保護(hù)氣體導(dǎo)流罩(16),保護(hù)氣體導(dǎo)流罩經(jīng)流量控制器及顯示儀表(14〉、減壓閥(13)與保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐(12)相連，燃燒器中部設(shè)有多孔陶瓷穩(wěn)流器(17),燃燒器下部設(shè)有空氣接觸式電加熱器(20)即空氣加熱段(4),空氣接觸式電加熱器與加熱控制器(6)相連，空氣接觸式電加熱器(20)上端設(shè)有溫度傳感器(19),溫度傳感器與溫度顯示器(5)相連，壓縮空氣儲(chǔ)氣罐(9 )經(jīng)減壓閥(8 )、流量控制器及顯示儀表(7 )與空氣接觸式電加熱器(20 )底部相連，多孔陶瓷穩(wěn)流器(17 )與空氣接觸式電加熱器(20 )之間設(shè)有液體燃料霧化室(21)即液體燃料霧化段(3),燃料箱(11)經(jīng)精密油量泵(10)與液體燃料霧化室相連，液體燃料霧化段(3)與錐形火焰形成段(1)之間為穩(wěn)流段(2 )，燃燒器外壁設(shè)有保溫材料(18 )。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器，其特征在于，所述的液體燃料霧化段(3)自下而上為漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，喉部圓周上開有燃料進(jìn)給口。
3.如權(quán)利要求2所述的一種適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器，其特征在于所述的喉部圓周上均勻分布開有多個(gè)開有燃料進(jìn)給口，且孔徑各不相同。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器，其特征在于所述的保護(hù)氣體導(dǎo)流罩(16)圓周上均勻分布著四個(gè)保護(hù)氣體入口。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述的適用于研究液體燃料燃燒特性的錐形火焰燃燒器的燃燒控制方法，其特征在于:工作時(shí)，先通入空氣，并開啟空氣接觸式電加熱器(20),由溫度傳感器(19)反饋的信號(hào)調(diào)節(jié)加熱功率，當(dāng)預(yù)熱空氣溫度達(dá)到待研究液體燃料所需要的溫度時(shí)，保護(hù)氣體儲(chǔ)氣罐(12)開始供應(yīng)保護(hù)氣體，并開始從燃料箱(11)通入待研究液體燃料，所通入的燃料量由精密測(cè)量泵(10)精確控制，然后根據(jù)所測(cè)試的不同液體燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料的理化特性即粘度、表面張力、分子量、密度，選擇不同的液體燃料霧化室(21)喉部燃料進(jìn)給口通道，由于液體燃料霧化室(21)的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，燃料從喉部通入時(shí)，由于空氣的節(jié)流作用，以及預(yù)熱空氣提供較高的溫度環(huán)境加速液體燃料汽化，促進(jìn)液體燃料-預(yù)熱空氣混合，預(yù)混合氣通過多孔陶瓷穩(wěn)流器(17)形成均質(zhì)層流混合氣，然后在燃燒器出口(15)點(diǎn)燃，形成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的錐形火焰，進(jìn)而對(duì)所測(cè)試液體燃料的燃燒特性進(jìn)行研究，此燃燒器通過改變空氣內(nèi)接觸式電加熱器(20)的加熱功率、控制精確油量泵(10)通過的油量以及流量控制器(7)通過的壓縮空氣量，來研究不同預(yù)熱溫度、不同空燃比的不同燃料的燃燒特性即層流火焰速度、中間產(chǎn)物、碳煙生成機(jī)理及活性自由基；通過液體燃料霧化段(4)燃料進(jìn)給口的選擇，使所測(cè)試的不同燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料都能達(dá)到最優(yōu)霧化效果，燃料進(jìn)給口的選擇是由所測(cè)試燃料的理化特性決定的，錐形火焰燃燒器利用預(yù)加熱空氣，液體燃料霧化段喉部節(jié)流作用擊碎液體燃料，促進(jìn)霧化，并通過多孔陶瓷穩(wěn)流器形成一個(gè)均勻?qū)恿鞯目諝?燃料混合氣，通過保護(hù)氣體保護(hù)火焰不受外界空氣的影響，從而生成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的火焰，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可控變量多，火焰再生性強(qiáng)。
【文檔編號(hào)】F23D11/00GK104390215SQ201410652024
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】許滄粟, 胡洋洋, 麻劍, 謝陽(yáng), 羅麒元, 王洪濤, 劉陽(yáng)訓(xùn), 周旋 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)