[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于測(cè)量聲波對(duì)自由傳播火焰影響的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810007808.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108318254B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉陽(yáng);梅博文;王國(guó)情
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M15/10
• 分類(lèi)號(hào): G01M15/10
• 代理公司: 上海上谷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31342
• 代理人: 蔡繼清

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于測(cè)量聲波對(duì)自由傳播火焰影響的裝置及方法。該裝置包括定容燃燒彈、進(jìn)樣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、光學(xué)紋影系統(tǒng)和聲學(xué)系統(tǒng)。定容燃燒彈容納有預(yù)混可燃?xì)?，進(jìn)樣系統(tǒng)為定容燃燒彈的腔體提供預(yù)混可燃?xì)狻｜c(diǎn)火系統(tǒng)具有點(diǎn)火電極，用于對(duì)預(yù)混可燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火。聲學(xué)系統(tǒng)具有聲波發(fā)生裝置，用于對(duì)定容燃燒彈腔體提供聲波激勵(lì)。定容燃燒彈的腔體的側(cè)壁固定有相對(duì)的兩個(gè)法蘭，腔體的頂面和底面均安裝有一個(gè)法蘭，其中腔體的側(cè)壁的兩個(gè)法蘭分別裝有聲波發(fā)生裝置和點(diǎn)火電極，頂面和底面的兩個(gè)法蘭均裝有透明視窗，作為光學(xué)紋影系統(tǒng)的光路，從而光學(xué)紋影系統(tǒng)記錄在聲波作用下火焰的傳播過(guò)程。本發(fā)明解決了如何測(cè)量聲波對(duì)自由傳播火焰影響的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域與燃燒學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種用于檢測(cè)聲波對(duì)自由傳播火焰影響的裝置及方法。

背景技術(shù)

為了達(dá)到嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)污染排放標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)越來(lái)越多地采用貧燃預(yù)混燃燒方式來(lái)降低NOx等污染物的排放。貧燃預(yù)混燃燒雖然可以有效改善NOx排放，但是容易受到燃燒不穩(wěn)定性的影響，特別是熱聲不穩(wěn)定性。熱聲不穩(wěn)定性是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的聲波和火焰熱釋放的復(fù)雜耦合效應(yīng)，可導(dǎo)致壓力波的產(chǎn)生，進(jìn)而引起火焰吹熄、回火、發(fā)動(dòng)機(jī)損壞等嚴(yán)重后果。此外在內(nèi)燃機(jī)中，熱聲耦合導(dǎo)致的壓力振蕩也與燃燒過(guò)程，特別是爆震燃燒關(guān)系緊密。因此，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界一直進(jìn)行著聲波對(duì)火焰的影響研究，并探索抑制熱聲不穩(wěn)定性的方法。層流火焰被廣泛用于研究聲波影響火焰的基本物理過(guò)程，但前人主要采用的是位于燃燒爐上的駐定火焰進(jìn)行研究。在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒中，駐定火焰主要發(fā)生在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定燃燒條件下，而內(nèi)燃機(jī)的主要燃燒形式是自由傳播火焰，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)不穩(wěn)定燃燒情況下，也常常會(huì)發(fā)生火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象，這些都要求有能夠研究聲波對(duì)自由傳播火焰影響的裝置及方法。

定容燃燒彈在上個(gè)世紀(jì)三十年代便開(kāi)始作為研究自由傳播火焰，也是當(dāng)前研究自由傳播火焰的主要裝置。將所需研究的燃料氣體和空氣按照一定比例在燃燒彈腔體內(nèi)混合成為一定當(dāng)量比的可燃混合氣。在點(diǎn)火電極放電下，可燃?xì)怏w被點(diǎn)燃并逐漸發(fā)展成為向外傳播的球形火焰。通過(guò)腔體上的視窗，可利用紋影法將球形火焰的傳播過(guò)程記錄成為視頻數(shù)據(jù)。在點(diǎn)火初期，球形火焰的傳播會(huì)受到初始點(diǎn)火能的影響，當(dāng)球形火焰的直徑與腔體尺寸接近時(shí)，球形火焰的傳播會(huì)受到壁面的影響。在中間的范圍，便是球形火焰的自由傳播過(guò)程。我們經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前還沒(méi)有涉及聲波對(duì)自由傳播火焰影響的工作，也沒(méi)有相關(guān)裝置和平臺(tái)，因此亟需發(fā)明一套可以耦合聲波和自由傳播火焰的實(shí)驗(yàn)裝置，來(lái)解決該領(lǐng)域的技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于測(cè)量聲波對(duì)自由傳播火焰影響的裝置和方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量聲波對(duì)自由傳播火焰影響的裝置，所述裝置包括定容燃燒彈、進(jìn)樣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、光學(xué)紋影系統(tǒng)和聲學(xué)系統(tǒng)，其中所述定容燃燒彈與所述進(jìn)樣系統(tǒng)、所述點(diǎn)火系統(tǒng)和所述聲學(xué)系統(tǒng)連接，其中所述定容燃燒彈容納有一定壓力和當(dāng)量比的預(yù)混可燃?xì)?，所述進(jìn)樣系統(tǒng)為所述定容燃燒彈的腔體提供預(yù)混可燃?xì)?，所述點(diǎn)火系統(tǒng)具有點(diǎn)火電極，用于對(duì)預(yù)混可燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火，以及所述聲學(xué)系統(tǒng)具有聲波發(fā)生裝置，并用于對(duì)所述定容燃燒彈的腔體內(nèi)提供聲波激勵(lì)和對(duì)聲波信息進(jìn)行處理；其中所述定容燃燒彈的腔體的側(cè)壁固定有相對(duì)的兩個(gè)法蘭，所述腔體的頂面和底面均安裝有一個(gè)法蘭，其中所述腔體的側(cè)壁的兩個(gè)法蘭分別裝有所述聲波發(fā)生裝置和所述點(diǎn)火電極；以及所述腔體的頂面和底面的兩個(gè)法蘭均裝有透明視窗，作為所述光學(xué)紋影系統(tǒng)的光路，從而所述光學(xué)紋影系統(tǒng)記錄在聲波作用下火焰的傳播過(guò)程。

一實(shí)施例中，所述進(jìn)樣系統(tǒng)包括氣瓶、液體進(jìn)樣泵、氣化罐、壓力監(jiān)測(cè)單元和真空泵，其中所述氣瓶經(jīng)由第一連接管道連接于主管道，第一連接管道上設(shè)有第一閥門(mén)，所述液體進(jìn)樣泵連接于所述氣化罐，所述氣化罐經(jīng)由第二連接管道連接于所述主管道，所述第二連接管道上設(shè)有第二閥門(mén)，所述真空泵經(jīng)由第三連接管道連接于所述主管道，所述第三連接管道上設(shè)有第三閥門(mén)，以及所述主管道與所述定容燃燒彈連接并設(shè)有第四閥門(mén)。