一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，实验系统固定在台架上，激光器和ICCD相机位于高压腔体上两个观察窗相对的位置，ICCD相机与计算机连接；高压腔顶部有定压阀，高压腔底部设有高压氮气接口和喷嘴，通过氮气接口向高压腔充入高压氮气；预热氧化剂和预热燃料通过预混器后，经喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃后，读取容积流量计的数值；通过容积流量计的数值和喷嘴出口面积计算获得层流预混火焰传播速度。通过调节氧化剂和燃料的流量获得不同当量比下的层流预混火焰传播速度；通过改变高压腔的压强获得不同环境压强下的层流预混火焰传播速度。通过PLIF系统获得各工况下火焰组分分布图和温度分布图。
【专利说明】一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，具体地说，涉及测量预加热燃料和氧化剂在高压环境下的无拉伸层流预混火焰传播速度的实验系统。
【背景技术】
[0002]层流预混燃烧是研究燃烧机理的重要内容，是发展与验证燃料燃烧化学反应动力学机理的重要手段。目前，通过建立基于化学反应动力学机理的理论模型来模拟计算层流火焰特性，还仅限于部分小分子气体，实验仍是研究层流火焰特性的有效方法。测量层流预混火焰传播速度的实验方法基本可以分为两大类:一类称为静态火焰法，实验中火焰面是驻定的，主要有:锥形火焰测速法、平面火焰测速法、球形火焰测速法、倒置火焰测速法等；另一类称为动态火焰法，实验时火焰面是动态的，属于这类方法主要有圆筒法、肥皂泡法、定容燃烧弹法以及平坦火焰法等。定容燃烧弹法是获取层流预混火焰传播速度最常用的方法，它是利用高速纹影摄影装置和定容燃烧弹，通过记录定容燃烧弹内球形膨胀火焰的生长历程，提取火焰的传播速度，然后通过建立火焰拉伸与火焰传播速度之间的关系，进而推导获得无拉伸层流火焰传播速。它可以测得许多气体燃料和氧化剂在不同压强下的层流预混火焰传播速度，但是定容燃烧弹仍存在一些缺点:第一、需要建立火焰拉伸与火焰传播速度之间的关系才能获得无拉伸火焰传播速度；第二、由于定容燃烧弹内火焰传播所引起的压缩-膨胀作用，即使在气流静止的定容燃烧弹内也会引起气流运动，并且燃烧初期的运动方向与燃烧末期是相反的，使火焰传播速度产生先加速后减速的倾向，因此存在较大误差；第三、无法测得预加热为气态的液体燃料或气体燃料和氧化剂在高压环境下的层流预混火焰传播速度；第四、难以使用PLIF系统获得层流预混火焰组分分布图和层流预混火焰温度分布图。
【发明内容】
[0003]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统；目的是:实现测得预加热为气态的液体燃料或气体燃料和氧化剂在高压环境下的无拉伸层流预混火焰传播速度，获得较为准确的验证燃料燃烧化学反应动力学机理的实验数据；使用PLIF系统处理获得层流预混火焰的组分分布图和层流预混火焰温度分布图。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括PLIF系统、定压阀、高压腔、容积流量计、预混气流量调节阀、预混器、燃料质量流量计、燃料流量调节阀、预热氧化剂、预热燃料、高压氮气、氧化剂流量调节阀、氧化剂质量流量计，高压腔包括前观察窗、火花塞、壳体、侧观察窗、喷嘴，PLIF系统由激光器、ICCD相机、计算机组成，实验系统固定在实验台架上，激光器和ICCD相机分别位于高压腔壳体上前观察窗和侧观察窗相对的位置，ICCD相机与计算机连接；与高压腔壳体上侧观察窗相对的壳体下方设有火花塞，高压腔顶部安装有定压阀，高压腔底部设有高压氮气接口和喷嘴，通过高压氮气接口向高压腔内充入高压氮气，调节定压阀使高压腔内压强稳定在实验所需压强；将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值，预热氧化剂和预热燃料通过预混器混合均匀后，打开并调节预混器上部的预混气流量调节阀，经喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃，待火焰稳定后读取容积流量计的数值；调节燃料流量调节阀和氧化剂流量调节阀，同时，读取燃料质量流量计和氧化剂质量流量计显示的数值，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比，当量比的可调范围为
0.7至1.5 ;层流预混火焰传播速度SL通过公SSfQ/A获得，式中A为喷嘴出口横截面积，Q为容积流量计的数值；通过PLIF系统从计算机获得火焰组分分布图和火焰温度分布图。高压腔工作压强范围为0.1MPa至IMPa。预热燃料、预热氧化剂的温度范围为300K至800K。
[0005]有益效果
[0006]本发明提出的一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，将实验系统固定安装在实验台架上，检查实验系统密封性，调试PLIF系统；打开高压氮气瓶向高压腔内充入氮气，调节定压阀使高压腔内压强稳定在实验所需压强；将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值；调节燃料流量调节阀和氧化剂流量调节阀，同时，读取燃料质量流量计和氧化剂质量流量计显示的数值，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比；通过预混器将预热氧化剂和预热燃料混合均匀后，打开并调节预混器上部的预混气流量调节阀，经过喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃，待火焰稳定后读取容积流量计的数值；通过容积流量计的数值和喷嘴的出口面积计算获得无拉伸火焰的层流预混火焰传播速度。通过调节氧化剂和燃料的流量获得不同当量比下的层流预混火焰传播速度；通过调节预热的温度获得不同初温条件下的层流预混火焰传播速度；通过改变高压腔的压强获得不同环境压强下的层流预混火焰传播速度。通过PLIF系统获得以上工况下的火焰组分分布图和温度分布图。本发明操作简单，维护方便，测试灵活方便，可扩展性较强；且可拓展测得多种燃料混合后与氧化剂预混燃烧的火焰传播速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施方式对本发明一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统作进一步详细说明。
[0008]图1为本发明测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统示意图。
[0009]图2为本发明的预混器结构示意图。
[0010]图3为本发明的高压腔示意图。
[0011]图4为本发明的高压腔B向视图。
[0012]图5为本发明的高压腔A-A剖视图。
[0013]图6为本发明的高压腔C-C剖视图。
[0014]图中:
[0015]1.激光器2.定压阀3.高压腔4.1C⑶相机5.容积流量计6.预混气流量调节阀7.预混器8.燃料质量流量计9.燃料流量调节阀10.计算机11.预热氧化剂12.预热燃料13.高压氮气14.氧化剂流量调节阀15.氧化剂质量流量计16.前观察窗17.火花塞18.壳体19.侧观察窗20.喷嘴
【具体实施方式】[0016]本实施例是一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统。
[0017]参阅图1-图6，本发明测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，包括PLIF系统、定压阀2、高压腔3、容积流量计5、预混气流量调节阀6、预混器7、燃料质量流量计8、燃料流量调节阀9、预热氧化剂11、预热燃料12、高压氮气13、氧化剂流量调节阀14、氧化剂质量流量计15，高压腔包括前观察窗16、火花塞17、壳体18、侧观察窗19、喷嘴20，PLIF系统由激光器1、IC⑶相机4、计算机10组成，实验系统固定在实验台架上，激光器I和ICXD相机4分别安装在高压腔3壳体上前观察窗16和侧观察窗19外侧相对的位置，ICCD相机4与计算机10连接；与高压腔壳体18上侧观察窗19相对的壳体下方设有火花塞17，高压腔3顶部安装定压阀2，高压腔3底部设有高压氮气接口和喷嘴20，通过高压氮气接口向高压腔3内充入高压氮气13，调节定压阀2使高压腔3内压强稳定在实验所需压强，高压腔工作压强范围为0.1MPa至IMPa。将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值，预热燃料12和预热氧化剂11加热的温度范围为300K至800K ;预热氧化剂11和预热燃料12通过预混器7将两者混合均匀后，打开并调节预混器上部的预混气流量调节阀6，经喷嘴20喷入高压腔3内，在高压腔3内喷嘴20出口处，火花塞17将预混气体点燃，待火焰稳定后读取容积流量计5的数值；调节燃料流量调节阀9和氧化剂流量调节阀14，同时，读取燃料质量流量计8和氧化剂质量流量计15显示的数值，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比，本实施例当量比的可调范围为0.7至1.5。当气体的流动速度等于火焰的传播速度时火焰就会稳定，且此时火焰受到的拉伸影响较小。层流预混火焰传播速度SL通过下述公式获得，
[0018]Sl=Q/A
[0019]式中A为喷嘴出口横截面积，Q为容积流量计的数据；
[0020]最后使用PLIF系统处理获得火焰组分分布图和温度分布图。
[0021]实验操作步骤:
[0022]I)参照图1，进行实验准备工作。
[0023]2)将实验系统固定安装在实验台架上，并调试实验系统，检查实验系统密封性，将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值，打开PLIF系统进行调试。
[0024]3)进行实验:调节定压阀2为所需压强值，打开高压气瓶向高压腔3充入高压氮气13 ;打开预热燃料12和预热氧化剂11的阀门，同时打开火花塞17点火；调节燃料流量调节阀9和氧化剂流量调节阀14，并读取燃料质量流量计8和氧化剂质量流量计15的数据，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比；调节流量调节阀6使火焰稳定在喷嘴出口，读取容积流量计5的数据Q，通过PLIF系统从计算机10获得火焰组分分布图和火焰温度分布图。
[0025]4)实验结束:关闭PLIF系统、高压气瓶阀门、燃料和氧化剂的阀门，打开高压腔3的泄压阀进行泄压。
[0026]5)数据处理:通过公式Sf Q/A计算层流预混火焰传播速度，式中A为喷嘴出口横截面积，Q为容积流量计的数据；整理从计算机获得的火焰组分分布图和火焰温度分布图，对比不同工况下的火焰组分分布图和火焰温度分布图。
【权利要求】
1.一种测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，其特征在于:包括PLIF系统、定压阀、高压腔、容积流量计、预混气流量调节阀、预混器、燃料质量流量计、燃料流量调节阀、预热氧化剂、预热燃料、高压氮气、氧化剂流量调节阀、氧化剂质量流量计，高压腔包括前观察窗、火花塞、壳体、侧观察窗、喷嘴，PLIF系统由激光器、ICCD相机、计算机组成，实验系统固定在实验台架上，激光器和ICCD相机分别位于高压腔壳体上前观察窗和侧观察窗相对的位置，ICCD相机与计算机连接；与高压腔壳体上侧观察窗相对的壳体下方设有火花塞，高压腔顶部安装有定压阀，高压腔底部设有高压氮气接口和喷嘴，通过高压氮气接口向高压腔内充入高压氮气，调节定压阀使高压腔内压强稳定在实验所需压强；将燃料和氧化剂加热并稳定在实验所需温度值，预热氧化剂和预热燃料通过预混器混合均匀后，打开并调节预混器上部的预混气流量调节阀，经喷嘴喷入高压腔内，火花塞将预混气体点燃，待火焰稳定后读取容积流量计的数值；调节燃料流量调节阀和氧化剂流量调节阀，同时，读取燃料质量流量计和氧化剂质量流量计显示的数值，使燃料和氧化剂处于实验所需当量比，当量比的可调范围为0.7至1.5 ;层流预混火焰传播速度&通过公式SfQ/A获得，式中A为喷嘴出口横截面积，Q为容积流量计的数值；通过PLIF系统从计算机获得火焰组分分布图和火焰温度分布图。
2.根据权利要求1所述的测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，其特征在于:高压腔工作压强范围为0.1MPa至IMPa。
3.根据权利要求1所述的测量高压下层流预混火焰传播速度的实验系统，其特征在于:预热燃料、预热氧化剂的温度范围为300K至800K。
【文档编号】G01F1/76GK103759775SQ201410033434
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】秦飞, 刘冰, 魏祥庚, 吕翔 申请人:西北工业大学