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、第一流量控制器及顯示儀表、第一減壓閥、壓縮空氣儲氣罐、精密油量泵、油箱、保護氣體儲氣罐、第二減壓閥、第二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、保護氣體導流罩、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，形成一個不受外界空氣影響的穩(wěn)定火焰，通過對空氣量和燃料量以及空氣加熱溫度的調節(jié)，對液體燃料燃燒特性進行研究。
【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

【技術領域】
[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】
[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，對計算火焰拉伸率帶來很大困難，而且在高雷諾數(shù)情況下會限制其對火焰速度測量；定容彈法結構復雜，而且每次實驗只在瞬間完成，不能提供一個持續(xù)可供觀測的火焰；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量誤差較大。這些方法都有各自的缺陷，要么復雜，要么存在的影響因素多，誤差較大，不能提供一個持續(xù)穩(wěn)定可靠的火焰進行研究，針對上述問題，本發(fā)明提出一種結構嚴謹、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]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:
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、第一流量控制器及顯示儀表、第一減壓閥、壓縮空氣儲氣罐、精密油量泵、油箱、保護氣體儲氣罐、第二減壓閥、第二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、保護氣體導流罩、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有燃燒器出口，燃燒器出口外圍設有保護氣體導流罩，保護氣體導流罩經(jīng)第二流量控制器及顯示儀表、第二減壓閥與保護氣體儲氣罐相連，燃燒器中部設有多孔陶瓷穩(wěn)流器，燃燒器下部設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有溫度傳感器，溫度傳感器與溫度顯示器相連，壓縮空氣儲氣罐經(jīng)第一減壓閥、第一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有液體燃料霧化室即液體燃料霧化段，油箱經(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結構，喉部圓周上開有燃料進給口。
[0006]所述的喉部圓周上均勻分布開有多個開有燃料進給口，且孔徑各不相同。
[0007]所述的保護氣體導流罩圓周上均勻分布著四個保護氣體入口。
[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，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調節(jié)加熱功率，當預熱空氣溫度達到待研究液體燃料所需要的溫度時，保護氣體儲氣罐開始供應保護氣體，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量泵精確控制，然后根據(jù)所測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給口通道，由于液體燃料霧化室的漸縮漸擴結構，燃料從喉部通入時，由于空氣的節(jié)流作用，以及預熱空氣提供較高的溫度環(huán)境促進液體燃料汽化，促進液體燃料-預熱空氣混合，預混合氣通過多孔陶瓷穩(wěn)流器形成均質層流混合氣，然后在燃燒器出口點燃，形成一個持續(xù)穩(wěn)定的錐形火焰，進而對所測試液體燃料的燃燒特性進行研究，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第一流量控制器通過的壓縮空氣量，來研究不同預熱溫度、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、碳煙生成機理及活性自由基；通過液體燃料霧化段燃料進給口的選擇，使所測試的不同燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料都能達到最優(yōu)霧化效果，燃料進給口的選擇是由所測試燃料的理化特性決定的，錐形火焰燃燒器利用預加熱空氣，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)流器形成一個均勻層流的空氣-燃料混合氣，通過保護氣體保護火焰不受外界空氣的影響，從而生成一個持續(xù)穩(wěn)定的火焰，進行實驗研究。
[0009]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空氣量和燃料量以及空氣預熱溫度的調節(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、密度選擇相對應的液體燃料進給口，從而實現(xiàn)不同液體燃料燃燒特性的變量(即當量比、初始溫度)控制研究，利用保護氣體提供的保護層隔絕錐形火焰外圍的自然空氣，形成一個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構示意圖；
圖2為本發(fā)明的燃燒器結構示意圖；
圖3為本發(fā)明的保護氣體導流罩截面圖；
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、第一流量控制器及顯示儀表7、第一減壓閥8、壓縮空氣儲氣罐9、精密油量泵10、油箱11、保護氣體儲氣罐12、第二減壓閥13、第二流量控制器及顯示儀表14、燃燒器出口 15、保護氣體導流罩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。

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(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一步的詳細說明。
[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、第一流量控制器及顯示儀表7、第一減壓閥8、壓縮空氣儲氣罐9、精密油量泵10、油箱11、保護氣體儲氣罐12、第二減壓閥13、第二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、保護氣體導流罩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設有燃燒器出口 15，燃燒器出口外圍設有保護氣體導流罩16，保護氣體導流罩經(jīng)第二流量控制器及顯示儀表14、第二減壓閥13與保護氣體儲氣罐12相連，燃燒器中部設有多孔陶瓷穩(wěn)流器17，燃燒器下部設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，壓縮空氣儲氣罐9經(jīng)第一減壓閥8、第一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有液體燃料霧化室21即液體燃料霧化段3，油箱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結構，喉部圓周上開有燃料進給□。
[0014]所述的喉部圓周上均勻分布開有多個開有燃料進給口，且孔徑互不相同，以適應不同液體燃料的理化特性，達到最達的霧化效果，如圖4所示。
[0015]所述的保護氣體導流罩16圓周上均勻分布著四個保護氣體入口，以保證在燃燒火焰外圍提供一個均勻的保護層，如圖3所示。
[0016]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，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反饋的信號調節(jié)加熱功率，當預熱空氣溫度達到待研究液體燃料所需要的溫度時，保護氣體儲氣罐12開始供應保護氣體，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量泵10精確控制，然后根據(jù)所測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喉部燃料進給口通道，由于液體燃料霧化室21的漸縮漸擴結構，燃料從喉部通入時，由于空氣的節(jié)流作用，以及預熱空氣提供較高的溫度環(huán)境加速液體燃料汽化，促進液體燃料-預熱空氣混合，預混合氣通過多孔陶瓷穩(wěn)流器17形成均質層流混合氣，然后在燃燒器出口 15點燃，形成一個持續(xù)穩(wěn)定的錐形火焰，進而對所測試液體燃料的燃燒特性進行研究，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通過的油量以及第一流量控制器7通過的壓縮空氣量，來研究不同預熱溫度、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、碳煙生成機理及活性自由基；通過液體燃料霧化段4燃料進給口的選擇，使所測試的不同液體燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料都能達到最優(yōu)霧化效果，燃料進給口的選擇是由所測試燃料的理化特性決定的，錐形火焰燃燒器利用預加熱空氣，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)流器形成一個均勻層流的空氣-燃料混合氣，通過保護氣體保護火焰不受外界空氣的影響，從而生成一個持續(xù)穩(wěn)定的火焰，進行實驗研究，可控變量多，火焰再生性強。
[0017]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算出層流火焰速度；利用不同的碳煙測試設備可以測量燃燒過程中碳煙生成量、直徑大小、顆粒數(shù)量，進一步可以研究捕獲的碳煙顆粒中不同的有機溶解物及碳煙結構；采用不同的激光誘導熒光技術，測量燃燒過程的自由基，進一步分析燃燒機理，為建模計算燃燒速度提供實驗驗證。
【權利要求】
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(6)、第一流量控制器及顯示儀表(7)、第一減壓閥(8)、壓縮空氣儲氣罐(9)、精密油量泵(10)、燃料箱(11)、保護氣體儲氣罐(12)、第二減壓閥(13)、第二流量控制器及顯示儀表(14)，燃燒器包括錐形火焰形成段(I)、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)、保護氣體導流罩(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有錐形火焰形成段(I)、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)設有燃燒器出口(15)，燃燒器出口外圍設有保護氣體導流罩(16)，保護氣體導流罩經(jīng)第二流量控制器及顯示儀表(14)、第二減壓閥(13)與保護氣體儲氣罐(12)相連，燃燒器中部設有多孔陶瓷穩(wěn)流器(17)，燃燒器下部設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，壓縮空氣儲氣罐(9)經(jīng)第一減壓閥(8)、第一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(I)之間為穩(wěn)流段(2)，燃燒器外壁設有保溫材料(18)。
2.如權利要求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結構，喉部圓周上開有燃料進給口。
3.如權利要求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開有燃料進給口，且孔徑各不相同。
4.如權利要求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氣體導流罩(16)圓周上均勻分布著四個保護氣體入口。
5.一種使用如權利要求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，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)反饋的信號調節(jié)加熱功率，當預熱空氣溫度達到待研究液體燃料所需要的溫度時，保護氣體儲氣罐(12)開始供應保護氣體，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量泵(10)精確控制，然后根據(jù)所測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)喉部燃料進給口通道，由于液體燃料霧化室(21)的漸縮漸擴結構，燃料從喉部通入時，由于空氣的節(jié)流作用，以及預熱空氣提供較高的溫度環(huán)境加速液體燃料汽化，促進液體燃料-預熱空氣混合，預混合氣通過多孔陶瓷穩(wěn)流器(17)形成均質層流混合氣，然后在燃燒器出口(15)點燃，形成一個持續(xù)穩(wěn)定的錐形火焰，進而對所測試液體燃料的燃燒特性進行研究，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、碳煙生成機理及活性自由基；通過液體燃料霧化段(4)燃料進給口的選擇，使所測試的不同燃料即汽油、柴油、生物柴油、醇類燃料都能達到最優(yōu)霧化效果，燃料進給口的選擇是由所測試燃料的理化特性決定的，錐形火焰燃燒器利用預加熱空氣，液體燃料霧化段喉部節(jié)流作用擊碎液體燃料，促進霧化，并通過多孔陶瓷穩(wěn)流器形成一個均勻層流的空氣-燃料混合氣，通過保護氣體保護火焰不受外界空氣的影響，從而生成一個持續(xù)穩(wěn)定的火焰，進行實驗研究。
【文檔編號】F23D11/00GK104456553SQ201410680771
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權日:2014年11月24日
【發(fā)明者】許滄粟, 胡洋洋, 麻劍, 謝陽, 羅麒元, 王洪濤, 劉陽訓, 周旋 申請人:浙江大學