[發明專利]一種測量高壓下層流預混火焰傳播速度的實驗系統

無效

• 申請號: 201410033434.1
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103759775A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 秦飛;劉冰;魏祥庚;呂翔
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01F1/76
• 分類號: G01F1/76
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及一種測量高壓下層流預混火焰傳播速度的實驗系統，具體地說,涉及測量預加熱燃料和氧化劑在高壓環境下的無拉伸層流預混火焰傳播速度的實驗系統。

背景技術

層流預混燃燒是研究燃燒機理的重要內容，是發展與驗證燃料燃燒化學反應動力學機理的重要手段。目前，通過建立基于化學反應動力學機理的理論模型來模擬計算層流火焰特性，還僅限于部分小分子氣體，實驗仍是研究層流火焰特性的有效方法。測量層流預混火焰傳播速度的實驗方法基本可以分為兩大類：一類稱為靜態火焰法，實驗中火焰面是駐定的，主要有:錐形火焰測速法、平面火焰測速法、球形火焰測速法、倒置火焰測速法等；另一類稱為動態火焰法，實驗時火焰面是動態的，屬于這類方法主要有圓筒法、肥皂泡法、定容燃燒彈法以及平坦火焰法等。定容燃燒彈法是獲取層流預混火焰傳播速度最常用的方法，它是利用高速紋影攝影裝置和定容燃燒彈，通過記錄定容燃燒彈內球形膨脹火焰的生長歷程，提取火焰的傳播速度，然后通過建立火焰拉伸與火焰傳播速度之間的關系，進而推導獲得無拉伸層流火焰傳播速。它可以測得許多氣體燃料和氧化劑在不同壓強下的層流預混火焰傳播速度，但是定容燃燒彈仍存在一些缺點:第一、需要建立火焰拉伸與火焰傳播速度之間的關系才能獲得無拉伸火焰傳播速度；第二、由于定容燃燒彈內火焰傳播所引起的壓縮-膨脹作用，即使在氣流靜止的定容燃燒彈內也會引起氣流運動，并且燃燒初期的運動方向與燃燒末期是相反的，使火焰傳播速度產生先加速后減速的傾向，因此存在較大誤差；第三、無法測得預加熱為氣態的液體燃料或氣體燃料和氧化劑在高壓環境下的層流預混火焰傳播速度；第四、難以使用PLIF系統獲得層流預混火焰組分分布圖和層流預混火焰溫度分布圖。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足,本發明提出一種測量高壓下層流預混火焰傳播速度的實驗系統；目的是:實現測得預加熱為氣態的液體燃料或氣體燃料和氧化劑在高壓環境下的無拉伸層流預混火焰傳播速度，獲得較為準確的驗證燃料燃燒化學反應動力學機理的實驗數據；使用PLIF系統處理獲得層流預混火焰的組分分布圖和層流預混火焰溫度分布圖。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括PLIF系統、定壓閥、高壓腔、容積流量計、預混氣流量調節閥、預混器、燃料質量流量計、燃料流量調節閥、預熱氧化劑、預熱燃料、高壓氮氣、氧化劑流量調節閥、氧化劑質量流量計，高壓腔包括前觀察窗、火花塞、殼體、側觀察窗、噴嘴，PLIF系統由激光器、ICCD相機、計算機組成，實驗系統固定在實驗臺架上，激光器和ICCD相機分別位于高壓腔殼體上前觀察窗和側觀察窗相對的位置，ICCD相機與計算機連接；與高壓腔殼體上側觀察窗相對的殼體下方設有火花塞，高壓腔頂部安裝有定壓閥，高壓腔底部設有高壓氮氣接口和噴嘴，通過高壓氮氣接口向高壓腔內充入高壓氮氣，調節定壓閥使高壓腔內壓強穩定在實驗所需壓強；將燃料和氧化劑加熱并穩定在實驗所需溫度值，預熱氧化劑和預熱燃料通過預混器混合均勻后，打開并調節預混器上部的預混氣流量調節閥，經噴嘴噴入高壓腔內，火花塞將預混氣體點燃，待火焰穩定后讀取容積流量計的數值；調節燃料流量調節閥和氧化劑流量調節閥，同時，讀取燃料質量流量計和氧化劑質量流量計顯示的數值，使燃料和氧化劑處于實驗所需當量比，當量比的可調范圍為0.7至1.5；層流預混火焰傳播速度SL通過公式S_L=Q/A獲得，式中A為噴嘴出口橫截面積，Q為容積流量計的數值；通過PLIF系統從計算機獲得火焰組分分布圖和火焰溫度分布圖。高壓腔工作壓強范圍為0.1MPa至1MPa。預熱燃料、預熱氧化劑的溫度范圍為300K至800K。

有益效果