用于研究外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于研究外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]火焰的傳播特征及其燃燒穩(wěn)定性一直以來(lái)是國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。通過(guò)研究可控燃燒的火焰燃燒特性，可以認(rèn)識(shí)火源擴(kuò)散燃燒的發(fā)展條件及其燃燒傳播過(guò)程，從而進(jìn)一步推導(dǎo)出失控燃燒狀態(tài)下的火災(zāi)等過(guò)程的形成和發(fā)展規(guī)律，這可為有效地減少火災(zāi)給人類社會(huì)造成的危害提供必要的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[0003]相對(duì)靜止火源燃燒時(shí)，火焰經(jīng)歷由層流燃燒到湍流燃燒的過(guò)程。在這一過(guò)程中火焰前鋒面的傳播是不規(guī)則。眾多學(xué)者對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行過(guò)研究探討，并表述出了這一傳播特征。目前，對(duì)于相對(duì)靜止火源燃燒火焰的傳播特征及穩(wěn)定性的理論研究已有部分成果，李宇紅等(李宇紅，祁海鷹，張宏武.甲烷預(yù)混燃燒火焰的詳細(xì)數(shù)值模擬[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2002，23 (1):119-122.)對(duì)甲烷的預(yù)混燃燒火焰進(jìn)行過(guò)數(shù)值模擬，得到了燃燒過(guò)程中包括⑶和NO在內(nèi)的十種基元組分的濃度分布。Ellis C de C OCEllis C de C 0.Flamemovement in gaseous explosive mixtures[J].Journal of Fuel Science, 1928, 7:502 - 508.)進(jìn)行了CO和02在一個(gè)長(zhǎng)為19.5 cm、內(nèi)徑5 cm的封閉管道中的預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)燃燒火焰進(jìn)行了拍攝，觀察到了火焰前鋒面的不規(guī)則傳播，得出了在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，火焰前鋒面從向前彎曲轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚝笮纬杉恻c(diǎn)的結(jié)論。M.Matalon等(MatalonM, Metzener P.The propagat1n of premixed flames in closed tubes[J].Journal of Fluid Mechanics，1997，336:331-350.)在一段封閉管道內(nèi)進(jìn)行了預(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑サ膶?shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，火焰前鋒面會(huì)形成很多旋渦，而這些旋渦會(huì)引起已燃?xì)怏w的渦旋，最終形成Tulip火焰結(jié)構(gòu)。劉玉英等(劉玉英，MOST Jean-Miche, BAUER Philippe,楊茂林.稀釋燃燒的火焰穩(wěn)定性[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2009，15(2):103-108.)通過(guò)對(duì)氮?dú)庀♂尩募淄?空氣火焰的研究，討論了反應(yīng)物預(yù)熱溫度與稀釋率兩個(gè)因素對(duì)火焰穩(wěn)定性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明反應(yīng)物預(yù)熱溫度對(duì)火焰穩(wěn)定性的影響更為顯著，是影響火焰穩(wěn)定性的主要因素。
[0004]然而，這些研究大多限制于數(shù)值模擬或者封閉、半封閉空間內(nèi)小尺寸實(shí)驗(yàn)的火焰燃燒，而沒(méi)有考慮到外界風(fēng)速對(duì)火焰的傳播特征及穩(wěn)定性的影響。在實(shí)際的工況下，火焰燃燒大多是在完全開放的系統(tǒng)下發(fā)生的。因此，開展外界風(fēng)速對(duì)火焰的傳播特征及穩(wěn)定性影響的研究更具現(xiàn)實(shí)意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為彌補(bǔ)上述【背景技術(shù)】中的不足，本實(shí)用新型提供一種用于研究外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的裝置，以幫助研究人員模擬火焰燃燒實(shí)際工況，充分認(rèn)識(shí)在外界風(fēng)速的影響下，火焰由層流燃燒發(fā)展為湍流燃燒的條件及其過(guò)程，研究分析在不同燃燒功率、不同風(fēng)量、不同外界風(fēng)速條件下火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性特征，以及燃燒主要產(chǎn)物的含量分布特點(diǎn)，從而有效地控制燃燒過(guò)程。
[0006]本實(shí)用新型的目的至少通過(guò)如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。
[0007]一種用于研究外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的裝置，包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)量調(diào)節(jié)面板、風(fēng)速均勻分布面板、實(shí)驗(yàn)隧道、風(fēng)速測(cè)量窗口、煙氣測(cè)量窗口、引風(fēng)機(jī)、支架、本生燈、高度調(diào)節(jié)臺(tái)、橡膠管、流量計(jì)、閥門、氣體鋼瓶。其中，實(shí)驗(yàn)隧道由支架所支撐，實(shí)驗(yàn)隧道入口處依次分別安裝著風(fēng)機(jī)、風(fēng)量調(diào)節(jié)面板、風(fēng)速均勻分布面板，實(shí)驗(yàn)隧道出口管道與引風(fēng)機(jī)相連。在實(shí)驗(yàn)隧道底部中心線上距端口 1/3處開有一個(gè)直徑為1cm的圓形火焰口供本生燈的火焰伸進(jìn)實(shí)驗(yàn)隧道中，本生燈置于高度調(diào)節(jié)臺(tái)上，本生燈的氣體入口連接橡膠管，在橡膠管的末端通過(guò)流量計(jì)與氣體鋼瓶的出口閥門相連，通過(guò)閥門可調(diào)節(jié)氣體流量。
[0008]進(jìn)一步地，所述的實(shí)驗(yàn)隧道是由透明玻璃鋼制成的中間為長(zhǎng)方體型，兩端呈喇叭狀的隧道。在距實(shí)驗(yàn)隧道端口的3/4處的前、后面和頂部中心線上分別開有直徑為1cm的圓形風(fēng)速測(cè)量窗口，供風(fēng)速儀測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速。距實(shí)驗(yàn)隧道端口的4/5處的前、后兩面分別開有5個(gè)等距排列的邊長(zhǎng)為5cm的正方形煙氣測(cè)量窗口，供煙氣分析儀的探頭伸入，測(cè)量燃燒主要產(chǎn)物的含量。
[0009]進(jìn)一步地，所述的風(fēng)量調(diào)節(jié)面板是一個(gè)組件，包括手柄、活動(dòng)調(diào)節(jié)板、活動(dòng)調(diào)節(jié)板中心孔、扇形進(jìn)風(fēng)口、固定調(diào)節(jié)板、扇形出風(fēng)口和固定調(diào)節(jié)板中心孔，其中，活動(dòng)調(diào)節(jié)板與固定調(diào)節(jié)板通過(guò)活動(dòng)調(diào)節(jié)板中心孔和固定調(diào)節(jié)板中心孔安裝在同一軸上的方式組合在一起，且相互緊貼。固定調(diào)節(jié)板以螺栓相連方式固定在實(shí)驗(yàn)隧道入口端法蘭處，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)調(diào)節(jié)板上的手柄，調(diào)節(jié)固定調(diào)節(jié)板與活動(dòng)調(diào)節(jié)板間的扇形風(fēng)口重疊面積，從而控制進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口的相對(duì)開度，進(jìn)而控制風(fēng)量的大小。
[0010]進(jìn)一步地，所述的風(fēng)速均勻分布面板是在一塊隔板上，開設(shè)有3行5列圓形通風(fēng)孔，以保證進(jìn)入實(shí)驗(yàn)隧道的風(fēng)速分布均勻，其隔板的截面形狀為正方形。
[0011]進(jìn)一步地，所述的本生燈是一個(gè)組件，它包括燈架、燈筒、空氣調(diào)節(jié)環(huán)、氣體入口。
[0012]進(jìn)一步地，所述裝置的基本操作過(guò)程是:將橡膠管連接到本生燈的氣體入口上，先把空氣調(diào)節(jié)環(huán)轉(zhuǎn)為全閉狀態(tài);微開氣體鋼瓶的閥門使可燃?xì)饬魅氡旧鸁?，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)空氣調(diào)節(jié)環(huán)讓少量新鮮空氣進(jìn)入本生燈，然后燃燒點(diǎn)燃本生燈，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，調(diào)節(jié)閥門和空氣調(diào)節(jié)環(huán)使火焰高度達(dá)到設(shè)定高度;將燃燒著的本生燈放在高度調(diào)節(jié)臺(tái)上，并使火焰經(jīng)圓形火焰口進(jìn)入實(shí)驗(yàn)隧道直管段內(nèi)，調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)臺(tái)的高度，使本生燈的火焰最底部與實(shí)驗(yàn)隧道的底面在一個(gè)水平面上。開啟風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使實(shí)驗(yàn)隧道直管段內(nèi)的風(fēng)速達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定值，或開啟引風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使實(shí)驗(yàn)隧道直管段內(nèi)的風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值;啟動(dòng)全部測(cè)量?jī)x表，用數(shù)碼相機(jī)記錄火焰的外形、用溫度計(jì)和煙氣分析儀記錄實(shí)驗(yàn)隧道內(nèi)煙氣的溫度、02、C0、CO2、NO、NOx等的濃度、用風(fēng)速儀記錄煙氣的流速、用流量計(jì)記錄燃?xì)獾牧髁?通過(guò)調(diào)節(jié)閥門和空氣調(diào)節(jié)環(huán)并與轉(zhuǎn)動(dòng)手柄配合，以實(shí)現(xiàn)不同燃燒功率、火焰高度、外界風(fēng)速下的實(shí)驗(yàn)工況。在實(shí)驗(yàn)完畢后，先把空氣調(diào)節(jié)環(huán)關(guān)上，再關(guān)掉氣體鋼瓶的閥門，拔出橡膠管。
[0013]其中，所述的風(fēng)機(jī)以法蘭連接的方式裝在實(shí)驗(yàn)隧道入口端管道上，引風(fēng)機(jī)以法蘭連接的方式裝在實(shí)驗(yàn)隧道出口端管道上，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以按需選擇是否拆卸。
[0014]其中，所述的橡膠管以活套連接的方式連接于氣體入口和氣體鋼瓶之間。
[0015]其中，所述的風(fēng)速均勻分布面板焊接在實(shí)驗(yàn)隧道入口端喇叭狀變徑管道的中間截面處，與風(fēng)量調(diào)節(jié)面板共同完成對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，并使風(fēng)以均勻方式流入實(shí)驗(yàn)隧道直管段內(nèi)。
[0016]實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用風(fēng)機(jī)時(shí)需將引風(fēng)機(jī)拆下，而使用引風(fēng)機(jī)時(shí)需將風(fēng)機(jī)拆下，風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)速分布截面是呈拋物線形的，引風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)速分布是均勻的，因此可以研究?jī)煞N不同種類的風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性的影響。
[0017]實(shí)驗(yàn)時(shí)，本生燈的火焰大小及高度均可按需調(diào)節(jié)，燃?xì)馀c空氣的比例可通過(guò)調(diào)節(jié)氣體鋼瓶的閥門的開度，或者空氣調(diào)節(jié)環(huán)的開度來(lái)控制。實(shí)驗(yàn)裝置上設(shè)置有多種接口或測(cè)量窗口，供相應(yīng)儀表對(duì)各種實(shí)驗(yàn)研究條件下的空氣流量、風(fēng)速以及煙氣成分等各物理量進(jìn)行測(cè)量。
[0018]本實(shí)用新型與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置相比，其有益的顯著效果如下:
[0019]1、本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置研究成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，控制靈活，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象易于觀察，進(jìn)行研究所得數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
[0020]2、與傳統(tǒng)的火焰實(shí)驗(yàn)裝置相比，本實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行外界風(fēng)速與火源點(diǎn)具有一定相對(duì)速度條件下，火焰?zhèn)鞑ヌ卣骷捌浞€(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，為研究火焰結(jié)構(gòu)和燃燒特征，以及分析火焰的傳播特征和穩(wěn)定性提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型用于研究外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的裝置結(jié)構(gòu)主視圖。
[0022]圖2為本實(shí)用新型用于研究外界風(fēng)速對(duì)火焰?zhèn)鞑ゼ胺€(wěn)定性影響的裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0023]圖3為本生燈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為風(fēng)速均勻分布面板的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖5a、圖5b為風(fēng)量調(diào)節(jié)面板的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖中:1-風(fēng)機(jī);2-風(fēng)量調(diào)節(jié)面板;3-風(fēng)速均勻分布面板;4-實(shí)驗(yàn)隧道；
[0027]5-風(fēng)速測(cè)量窗口 ；6