本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種層流擴(kuò)散火焰氣體燃燒測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著近些年激光器和ccd技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)技術(shù)成為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程研究的重要手段，它能對燃燒過程的中間產(chǎn)物進(jìn)行測量，了解燃燒機(jī)理，同時(shí)也為各種排放污染物的測量提供了強(qiáng)有力的支持。光學(xué)測試是一個(gè)很精密的過程，前期需要對其進(jìn)行大量的調(diào)試，由于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的工作環(huán)境復(fù)雜，燃燒器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)火焰穩(wěn)定且便于控制，所以先在燃燒器上進(jìn)行預(yù)備性試驗(yàn)。該燃燒器系統(tǒng)能形成高度可調(diào)、燃燒穩(wěn)定和可重復(fù)性好的層流擴(kuò)散燃燒火焰，并且還可以對燃料進(jìn)行替換，形成別的氣體燃燒器，可用在光學(xué)試驗(yàn)前調(diào)試系統(tǒng)或?qū)θ紵^程中機(jī)理進(jìn)行研究，是可視化研究中必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

目前國外性能好的燃燒器價(jià)格較貴，而國內(nèi)燃燒器中對氣體流量達(dá)不到精確控制，火焰很難在同一工況下穩(wěn)定，重復(fù)性較差，然后，對于碳煙的研究中，有的氣體燃燒器火焰碳煙生成量少，不利于探測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)前期實(shí)驗(yàn)中的氣體燃料層流擴(kuò)散火焰燃燒測試系統(tǒng)，它能提供穩(wěn)定的火焰，通過對燃料與空氣的精確控制，能控制火焰長度與碳煙生成量，方便對光學(xué)手段進(jìn)行調(diào)試，主要用于科研教學(xué)中對燃燒過程機(jī)理性的研究。

本發(fā)明由氣體提供裝置a、氣體流量顯示控制裝置b、層流擴(kuò)散火焰燃燒器c、導(dǎo)管ⅲ1、導(dǎo)管ⅱ2、三通閥3、導(dǎo)管ⅰ4、氧化劑引入管ⅱ5、氧化劑引入管ⅰ6、導(dǎo)管ⅵ7、導(dǎo)管ⅴ8和導(dǎo)管ⅳ9組成，其中氣體提供裝置a由乙烯罐11和空氣儲(chǔ)氣瓶10組成，其中三通閥3設(shè)有閥進(jìn)口e、閥出口ⅱf和閥出口ⅰg。

氧化劑引入管ⅱ5一端固接于層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的氧化劑入口ⅱ32，氧化劑引入管ⅱ5另一端經(jīng)導(dǎo)管ⅰ4與三通閥3的閥出口ⅱf連接。

氧化劑引入管ⅰ6一端固接于層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的氧化劑入口ⅰ34，氧化劑引入管ⅰ6另一端經(jīng)導(dǎo)管ⅵ7與三通閥3的閥出口ⅰg連接。

三通閥3的閥進(jìn)口e經(jīng)導(dǎo)管ⅱ2與氣體流量顯示控制裝置b的空氣出口b連接。

氣體流量顯示控制裝置b的空氣入口a經(jīng)導(dǎo)管ⅲ1與氣體提供裝置a的空氣儲(chǔ)氣瓶10出口連接。

氣體流量顯示控制裝置b的氣體燃料入口c經(jīng)導(dǎo)管ⅳ9與氣體提供裝置a的乙烯罐11出口連接。

氣體流量顯示控制裝置b的氣體燃料出口d經(jīng)導(dǎo)管ⅴ8與層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的燃料引入管33底端連接。

所述的氣體流量顯示控制裝置b由殼體12、空氣干燥器13、空氣過濾器14、空氣流量控制器15、導(dǎo)線ⅰ16、空氣流量顯示儀17、導(dǎo)管ⅶ18、單向閥ⅰ19、單向閥ⅱ20、導(dǎo)管ⅷ21、氣體燃料流量顯示儀22、導(dǎo)線ⅱ23、氣體燃料流量控制器24、氣體燃料過濾器25、燃料干燥器26和阻燃器27組成，其中殼體12一端設(shè)有空氣入口a和氣體燃料入口c，殼體12另一端設(shè)有氣體燃料出口d和空氣出口b。

空氣入口a和空氣出口b之間的導(dǎo)管ⅶ18上，自左至右順序串接空氣干燥器13、空氣過濾器14、空氣流量控制器15、空氣流量顯示儀17和單向閥ⅰ19，其中空氣流量顯示儀17發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)線ⅰ16對空氣流量控制器15進(jìn)行控制。

氣體燃料入口c和氣體燃料出口d之間的導(dǎo)管ⅷ21上，自左至右順序串接阻燃器27、氣體燃料干燥器26、氣體燃料過濾器25、氣體燃料流量控制器24、氣體燃料流量顯示儀22、導(dǎo)管ⅷ21和單向閥ⅱ20，其中氣體燃料流量顯示儀22發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)線ⅱ23對氣體燃料流量控制器24進(jìn)行控制。

所述的層流擴(kuò)散火焰燃燒器c由金屬濾板28、玻璃球?qū)?9、蜂窩狀陶瓷濾板30、燃燒器殼體31和燃料引入管33組成，其中燃燒器殼體31為敞口圓筒形，燃燒器殼體31的左下側(cè)設(shè)有氧化劑入口ⅰ34，燃燒器殼體31的右下側(cè)設(shè)有氧化劑入口ⅱ32。

燃料引入管33下部固接于燃燒器殼體31的底板中心，蜂窩狀陶瓷濾板30、玻璃球?qū)?9和金屬濾板28自下而上順序排列，固接于燃料引入管33中部，蜂窩狀陶瓷濾板30、玻璃球?qū)?9和金屬濾板28邊緣與燃燒器殼體31內(nèi)壁固接。

本發(fā)明中空氣從氣體提供裝置a的空氣儲(chǔ)氣瓶10中流出，導(dǎo)管ⅲ1從氣體流量顯示控制裝置b的空氣入口a進(jìn)入，再從氣體流量顯示控制裝置b的空氣出口b出來經(jīng)導(dǎo)管ⅱ2流向三通閥3的閥進(jìn)口e，然后分別從閥出口ⅱf和閥出口ⅰg出來，分別經(jīng)過導(dǎo)管ⅰ4和導(dǎo)管ⅵ7，分別從氧化劑引入管ⅱ5和氧化劑引入管ⅰ6進(jìn)入燃燒器，使空氣形成更為均勻的分布。

氣體燃料從氣體燃料儲(chǔ)氣瓶11流出，經(jīng)導(dǎo)管ⅳ9，從氣體流量顯示控制裝置b的氣體燃料入口c進(jìn)入，再從氣體流量顯示控制裝置b的氣體燃料出口d出來之后，經(jīng)導(dǎo)管ⅴ8從層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的燃料引入管33進(jìn)入燃燒器與空氣燃燒，生成穩(wěn)定的擴(kuò)散火焰。

所述的氣體流量裝置b中設(shè)兩套獨(dú)立的氣體管路?？諝鈴目諝馊肟赼進(jìn)來后，依次經(jīng)過空氣干燥器13、空氣過濾器14、空氣流量控制器15、空氣流量顯示儀17、導(dǎo)管ⅶ18和單向閥ⅰ19，從空氣出口b流出，其中通過設(shè)定空氣流量顯示儀17上的流量示數(shù)，經(jīng)導(dǎo)線ⅰ16反饋給空氣流量控制器15，實(shí)現(xiàn)空氣流量的控制，其量程范圍為0-300l/min，實(shí)驗(yàn)中調(diào)為150l/min。實(shí)驗(yàn)中所采用的氣體燃料為乙烯，經(jīng)氣體燃料入口c進(jìn)入，依次經(jīng)阻燃器27、氣體燃料干燥器26、氣體燃料過濾器25、氣體燃料流量控制器24、氣體燃料流量顯示儀22、導(dǎo)管ⅷ21和單向閥ⅱ20，從氣體燃料出口d流出，其中通過設(shè)定氣體燃料流量顯示儀22上的流量示數(shù)，經(jīng)導(dǎo)線ⅱ23反饋給氣體燃料流量控制器24，實(shí)現(xiàn)氣體燃料流量的控制，其量程范圍為0-200ml/min，實(shí)驗(yàn)中調(diào)為100ml/min，該管路所加阻燃器27，能防止火焰反竄引燃?xì)怏w燃料儲(chǔ)氣瓶11。

所述的層流擴(kuò)散火焰燃燒器c中，燃料通過燃料引入管33直接在燃燒器出口出來，與空氣在常壓下燃燒，空氣首先經(jīng)過蜂窩狀陶瓷濾板30進(jìn)行一級穩(wěn)流，減緩空氣流速，然后經(jīng)過一層直徑為2mm的玻璃球?qū)?9，使整個(gè)燃燒器內(nèi)氣體均勻分布，最后經(jīng)過金屬濾板28形成穩(wěn)定流速的氣流，與燃料一起氧化燃燒，形成穩(wěn)定的軸對稱乙烯層流擴(kuò)散燃燒火焰。

本系統(tǒng)帶有流量設(shè)定功能，通過定量控制氣體燃料與空氣的比例，實(shí)現(xiàn)不同的空燃比調(diào)節(jié)。各個(gè)部件結(jié)構(gòu)簡單，與國外燃燒器系統(tǒng)相比成本較低，同時(shí)，本系統(tǒng)還具有氣體燃料可換、火焰高度可調(diào)、燃燒穩(wěn)定和可重復(fù)性好等特點(diǎn)，可用在光學(xué)試驗(yàn)前調(diào)試系統(tǒng)，或?qū)θ紵^程的機(jī)理進(jìn)行研究。

附圖說明

圖1為層流擴(kuò)散火焰氣體燃燒測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為氣體提供裝置示意圖

圖3為氣體流量顯示控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為層流擴(kuò)散火焰燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為三通閥氣體流向示意圖

其中：a.氣體提供裝置b.氣體流量顯示控制裝置c.層流擴(kuò)散火焰燃燒器a.空氣入口b.空氣出口c.氣體燃料入口d.氣體燃料出口e.閥進(jìn)口f.閥出口ⅱg.閥出口ⅰ1.導(dǎo)管ⅲ2.導(dǎo)管ⅱ3.三通閥4.導(dǎo)管ⅰ5.氧化劑引入管ⅱ6.氧化劑引入管ⅰ7.導(dǎo)管ⅵ8.導(dǎo)管ⅴ9.導(dǎo)管ⅳ10.空氣儲(chǔ)氣瓶11.氣體燃料儲(chǔ)氣瓶12.殼體13.空氣干燥器14.空氣過濾器15.空氣流量控制器16.導(dǎo)線ⅰ17.空氣流量顯示儀18.導(dǎo)管ⅶ19.單向閥ⅰ20.單向閥ⅱ21.導(dǎo)管ⅷ22.氣體燃料流量顯示儀23.導(dǎo)線ⅱ24.氣體燃料流量控制器25.氣體燃料過濾器26.氣體燃料干燥器27.阻燃器28.金屬濾板29.玻璃球?qū)?0.蜂窩狀陶瓷濾板31.燃燒器殼體32.氧化劑入口ⅱ33.燃料引入管34.氧化劑入口ⅰ

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。

如圖1、圖2和圖5所示，本發(fā)明由氣體提供裝置a、氣體流量顯示控制裝置b、層流擴(kuò)散火焰燃燒器c、導(dǎo)管ⅲ1、導(dǎo)管ⅱ2、三通閥3、導(dǎo)管ⅰ4、氧化劑引入管ⅱ5、氧化劑引入管ⅰ6、導(dǎo)管ⅵ7、導(dǎo)管ⅴ8和導(dǎo)管ⅳ9組成，其中氣體提供裝置a由乙烯罐11和空氣儲(chǔ)氣瓶10組成。

三通閥3設(shè)有閥進(jìn)口e、閥出口ⅱf和閥出口ⅰg。

氧化劑引入管ⅱ5一端固接于層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的氧化劑入口ⅱ32，氧化劑引入管ⅱ5另一端經(jīng)導(dǎo)管ⅰ4與三通閥3的閥出口ⅱf連接。

氧化劑引入管ⅰ6一端固接于層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的氧化劑入口ⅰ34，氧化劑引入管ⅰ6另一端經(jīng)導(dǎo)管ⅵ7與三通閥3的閥出口ⅰg連接。

三通閥3的閥進(jìn)口e經(jīng)導(dǎo)管ⅱ2與氣體流量顯示控制裝置b的空氣出口b連接。

氣體流量顯示控制裝置b的空氣入口a經(jīng)導(dǎo)管ⅲ1與氣體提供裝置a的空氣儲(chǔ)氣瓶10出口連接。

氣體流量顯示控制裝置b的氣體燃料入口c經(jīng)導(dǎo)管ⅳ9與氣體提供裝置a的乙烯罐11出口連接。

氣體流量顯示控制裝置b的氣體燃料出口d經(jīng)導(dǎo)管ⅴ8與層流擴(kuò)散火焰燃燒器c的燃料引入管33底端連接。

如圖3所示，所述的氣體流量顯示控制裝置b由殼體12、空氣干燥器13、空氣過濾器14、空氣流量控制器15、導(dǎo)線ⅰ16、空氣流量顯示儀17、導(dǎo)管ⅶ18、單向閥ⅰ19、單向閥ⅱ20、導(dǎo)管ⅷ21、氣體燃料流量顯示儀22、導(dǎo)線ⅱ23、氣體燃料流量控制器24、氣體燃料過濾器25、燃料干燥器26和阻燃器27組成，其中殼體12一端設(shè)有空氣入口a和氣體燃料入口c，殼體12另一端設(shè)有氣體燃料出口d和空氣出口b。

空氣入口a和空氣出口b之間的導(dǎo)管ⅶ18上，自左至右順序串接空氣干燥器13、空氣過濾器14、空氣流量控制器15、空氣流量顯示儀17和單向閥ⅰ19，其中空氣流量顯示儀17發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)線ⅰ16對空氣流量控制器15進(jìn)行控制。

氣體燃料入口c和氣體燃料出口d之間的導(dǎo)管ⅷ21上，自左至右順序串接阻燃器27、氣體燃料干燥器26、氣體燃料過濾器25、氣體燃料流量控制器24、氣體燃料流量顯示儀22、導(dǎo)管ⅷ21和單向閥ⅱ20，其中氣體燃料流量顯示儀22發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)線ⅱ23對氣體燃料流量控制器24進(jìn)行控制。

如圖4所示，所述的層流擴(kuò)散火焰燃燒器c由金屬濾板28、玻璃球?qū)?9、蜂窩狀陶瓷濾板30、燃燒器殼體31和燃料引入管33組成，其中燃燒器殼體31為敞口圓筒形，燃燒器殼體31的左下側(cè)設(shè)有氧化劑入口ⅰ34，燃燒器殼體31的右下側(cè)設(shè)有氧化劑入口ⅱ32。

燃料引入管33下部固接于燃燒器殼體31的底板中心，蜂窩狀陶瓷濾板30、玻璃球?qū)?9和金屬濾板28自下而上順序排列，固接于燃料引入管33中部，蜂窩狀陶瓷濾板30、玻璃球?qū)?9和金屬濾板28邊緣與燃燒器殼體31內(nèi)壁固接。

所述氣體提供裝置a提供純度為99.99％的乙烯和壓力為0.6mpa的空氣。

所述氣體流量顯示控制裝置b中所設(shè)單向閥ⅰ19和單向閥ⅱ20可防止空氣和氣體燃料倒流，所設(shè)空氣干燥器13、燃料干燥器26、空氣過濾器14和氣體燃料過濾器25，可對進(jìn)入空氣流量顯示儀17和氣體燃料流量顯示儀22的空氣和氣體燃料進(jìn)行干燥和過濾，防止對空氣流量顯示儀17和氣體燃料流量顯示儀22產(chǎn)生污染和破壞。

所述流量顯示儀對于不同的氣體燃料選用不同的氣體流量顯示儀，該流量儀能發(fā)出控制信號(hào)實(shí)時(shí)控制流量控制器的開度。

所述層流擴(kuò)散火焰燃燒器c包含三級穩(wěn)流層：一級穩(wěn)流層采用蜂窩狀陶瓷濾板30，加大氣體在其中的流通路徑，降低其流速；二級穩(wěn)流層采用直徑為2mm的玻璃球?qū)?9，形成均勻氣流；三級穩(wěn)流層采用金屬濾板28，形成軸對稱的氣流。

具體實(shí)驗(yàn)中將乙烯流量控制為100ml/min，空氣流量為150l/min，生成穩(wěn)定的擴(kuò)散火焰。實(shí)驗(yàn)完成之后，先關(guān)閉氣體燃料儲(chǔ)氣瓶11閥門，空氣儲(chǔ)氣瓶10閥門保持打開狀態(tài)，讓燃燒器繼續(xù)燃燒5-10分鐘，將管路內(nèi)的乙烯燃燒完全，然后關(guān)閉空氣儲(chǔ)氣瓶10閥門。