[發明專利]一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710187575.2
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107024504B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 涂然;周學進;姜羲;曾怡;張認成;杜建華
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N25/22
• 分類號: G01N25/22
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;游學明

1.一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試裝置，包括至少一壓縮高純度可燃氣氣源和至少一壓縮空氣氣源，所述高純度可燃氣氣源通過一條可燃氣氣路依次串聯一個可燃氣減壓閥和一個可燃氣質量流量計；所述空氣氣源通過一條空氣氣路依次串聯一個空氣減壓閥和一個空氣質量流量計，所述空氣氣路的末端與所述可燃氣氣路的末端分別接入一個燃燒器的空氣入口和可燃氣入口；

所述燃燒器主體為一個多級圓筒形結構，從上至下主要包括燃燒腔、檢測腔、預熱腔及混合腔4部分，所述空氣氣路和所述可燃氣氣路的末端接入所述燃燒器下部的混合腔外壁上的空氣入口和可燃氣入口，

所述混合腔外壁底部通過一個底部法蘭盤進行密封，所述底部法蘭盤整體為一個雙層同心圓柱臺結構，上層能以螺紋結構完全旋入所述混合腔外壁的底部，下層的外圍以圓周陣列形式留有孔，并連接底座螺栓，通過調節所述底座螺栓自配螺帽的位置，可以進行燃燒器高度的自由調節；

在所述混合腔內部至下而上依次安放一個一級混合器和一個二級混合器，所述一級混合器為一個薄層混合器，當可燃氣和空氣進入所述燃燒器后將首先在該一級混合器的薄層間歇中進行混合，而所述一級混合器內部留有出口，使初步混合后的預混氣能夠順利流出并繼續向上運動進入所述二級混合器；該二級混合器為一個縮放噴管結構的混合器；

在所述混合腔外壁的上部出口利用其自身的限位槽和一圈耐高溫密封膠豎向安裝一根剛玉管，所述剛玉管中部纏繞一段電熱絲加熱帶，且在上部出口處安裝一個檢測腔外壁，該檢測腔外壁通過一個檢測腔下方法蘭盤和所述耐高溫密封膠與所述剛玉管相連；而所述檢測腔外壁的上部則通過一個檢測腔上方法蘭盤和所述耐高溫密封膠與一個透明石英管豎向連接，所述檢測腔上方法蘭盤與下方法蘭盤通過緊固螺栓進行固定；

同時，在所述檢測腔外壁上開有用于后期安裝各類傳感器探頭的圓孔；所述石英管外壁采用一銅制網狀套筒作為外電極，并連接一個外電極接線端，在所述石英管內部，利用上、下兩個陶瓷材質的電極固定環將一段銅絲加工的內電極固定在所述石英管中軸線上，同時該內電極的上部連接一個地線接線端，通過該地線接線端和所述外電極接線端分別與一個等離子電壓源的兩級相接來實現等離子體的可控介質阻擋放電過程；在所述石英管上部出口處安裝一個電火花點火器作為可燃氣與空氣所形成的預混氣的點火源。

2.如權利要求1所述的一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試裝置，其特征在于：所述燃燒器中的所述混合腔外壁、所述剛玉管、所述檢測腔外壁及所述石英管均同軸放置，且除所述混合腔外壁以外，其余三者內徑保持相同。

3.如權利要求1所述的一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試裝置，其特征在于：所述的薄層混合器，其包括一圍繞圓柱體外周的環形空腔，空氣入口和可燃氣入口分別從左右側連接入該環形空腔，圓柱體內設有中央腔，中央腔和環形腔之間設有兩個連接通道，這兩個通道和空氣入口和可燃氣入口彼此間隔90度。

4.一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試方法，采用權利要求1至3任一項所述的裝置，方法包括如下步驟：

第一步，先通過調節可燃氣減壓閥與空氣減壓閥，以及配合可燃氣質量流量計與空氣質量流量計，共同完成氣體配比；

第二步，開啟電熱絲加熱帶，對剛玉管中經過的預混氣進行預熱；

第三步，開啟等離子電壓源和電火花點火器，并逐步增加等離子電壓源的功率，直到石英管內預混氣被點燃，并觀察到明顯的管內回火現象發生，此時記錄下相關的包括氣體濃度、溫度、等離子體強度在內的各方面數據；隨后，通過包括不同預混氣濃度、預熱溫度、流速與等離子強度在內的各方面參量的組合，進一步研究在等離子體活化作用和外界熱焓輸入條件下的低濃度可燃氣燃燒下限的拓寬規律。

5.如權利要求4所述的一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試方法，其特征在于：所述燃燒器中的流入可燃氣和空氣的質量流量應保持低速、低壓狀態。

6.如權利要求4所述的一種等離子體助燃下的可燃氣燃燒下限拓寬測試方法，其特征在于：所述介質阻擋等離子體放電的強度通過所述等離子電壓源進行調節；預混氣和預熱溫度通過調整所述電熱絲加熱帶功率來進行精確控制。