[發明專利]液體燃料氣相本生燈層流火焰傳播速度測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201410233209.2
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104062394A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 金仁瀚;劉勇;李鵬飛;朱冬清;王鎖芳
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及液體燃料氣相層流燃燒領域，具體是一種液體燃料氣相本生燈層流火焰傳播速度測量裝置及其測量方法。

背景技術

目前，我國以液體燃料為推進劑的運載工具保有量大幅增加，能源與環境問已經成為人們的關注焦點。隨著液體燃料價格上漲，全球變暖以及其它一系列環境問題日益突出，必須對液體燃料的品質進行改造來滿足節能與環保的要求。對新型合成液體燃料燃燒基礎研究有助于噴霧燃燒系統燃料的選取。研究液體燃料氣相層流燃燒的目的是了解液體燃料反應動力學特性，液體燃料氣相層流火焰傳播速度就是統觀反應動力學的體現，它不僅在考察火焰穩定性方面有很大實用意義，而且在研究傳播理論方面也具有很大理論價值。

迄今為止公布的文獻資料（論文、報告和專利）通過本生燈對層流火焰傳播速度的研究主要集中在氣體燃料方面，液體燃料的層流火焰傳播速度主要通過定容燃燒彈試驗裝置進行研究，定容燃燒彈試驗裝置雖然能夠比較精確的測量層流火焰傳播速度但其結構復雜、成本高，不易實現。本發明通過簡易加熱裝置對液體燃料進行蒸發、混合，獲得混合燃氣，混合燃氣經過出口直徑可變的本生燈燃燒器進行燃燒，從而通過本生燈火焰法對液體燃料氣相層流火焰傳播速度進行測量，該系統結構簡易、操作簡單、成本低廉；結合基于數字圖像處理技術的非接觸式層流火焰傳播速度測量方法，該系統具有測量精度高的特點。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種液體燃料氣相本生燈層流火焰傳播速度測量裝置及其測量方法

本發明包括本生燈燃燒器，本生燈燃燒器分別連接有測溫顯示器（熱電偶）、冷態空氣加熱系統和液體燃料蒸發系統，其中液體燃料蒸發系統通過橡皮管道與注射泵相連，冷態空氣加熱系統與外部空氣相通；本生燈燃燒器旁裝有火焰圖像采集與處理裝置。

所述的冷態空氣加熱系統液體燃料蒸發管道以及與液體燃料蒸發管道連接的第一點調壓器。

所述的液體燃料蒸發管道傾斜放置，與水平面夾角為10-20°，從外到內依次由保溫陶瓷管、石英玻璃管、鎳鉻電加熱絲組成，其中鎳鉻電加熱絲采用螺旋線纏繞方式并采用前密后疏的布置方式。

所述的冷態空氣加熱系統包括依次連接的穩壓立式儲氣罐、浮子流量計以及冷態空氣加熱管道，其中穩壓立式儲氣罐與外部空氣相通，冷態空氣加熱管道與本生燈燃燒器相連，冷態空氣加熱管道還連接有第二電調壓器。

所述的冷態空氣加熱管道從內到外依次為加熱銅管中、石英玻璃管、保溫陶瓷管；所述的浮子流量器空氣流量為0L/h～600L/h；所述的第二電調壓器調壓范圍為0～250V。

所述的本生燈燃燒器出口為螺旋可替換結構，出口內徑為5mm～15mm，不同出口直徑間隔1mm。。

所述的火焰圖像采集與處理裝置包括高速攝像機以及與高速攝像機相連的計算機8。

所述的注射泵流量可控，最大燃燒流量為500ml/h。

本發明還提供了一種液體燃料氣相本生燈層流火焰傳播速度測量裝置的測量方法，包括以下步驟：

1）打開注射泵，設定燃料流量；

2）打開液體燃料蒸發管道電源，選擇第一電調壓器電壓，調節液體燃料蒸發管道內的壓力；

3）打開空氣穩壓立式儲氣灌，利用浮子流量計選擇空氣流量；

4）打開冷態空氣加熱管道電源，選擇第二電調壓器電壓，調節冷態空氣加熱管道內的壓力；

5）使用電火花點火器點火，在本生燈出口形成穩定的層流火焰鋒面；

6）利用電子顯示器讀出本生燈層流火焰溫度，使其溫度穩定，打開高速相機捕獲如圖4所示的本生燈出口層流火焰鋒面；

7）對本生燈火焰圖像進行包括圖像剪裁、灰度化、灰度拉伸、邊緣提取、二值化、確定錐角、計算角度的批量處理；所述數字圖像處理程序采用分段線性灰度變換（GST）處理技術對火焰圖像進行灰度處理式中 為輸入圖像的像素值，為輸出圖像的像素值；[s1]

8）根據公式計算在該條件下的層流火焰傳播速度，式中表示錐形火焰面上法向火焰傳播速度，燃氣出口速度，表示火焰面頂角。

本發明有益效果在于：

1、本發明提供的裝置簡易、便于操作、成本低廉，有助于不同液體燃料燃燒特性的基礎對比，支撐噴霧燃燒系統的燃料快速選取。

2、采用高速度的數字相機，連續拍攝火焰錐面，根據當前混合氣速度，運用火焰圖像余弦定理方法計算液體燃料氣相本生燈層流火焰傳播速度，該方法是基于火焰傳播速度的定義直接給出的方法，簡單有效。

3、通過改變輸入參數，測量液體燃料的貧油點火、熄火極限。