[發明專利]一種研究湍流模式下液滴蒸發與燃燒特性的裝置及方法

在審

• 申請號: 201910728585.1
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN110376246A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 朱寶忠;代寶鑫;孫運蘭;季言午;張思懿;嵇江龍
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G01N25/22
• 分類號: G01N25/22
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種研究湍流模式下液滴蒸發與燃燒特性的裝置及方法，包括燃燒室、溫度控制器、高速攝像機、數據采集儀、計算機、高壓氣瓶等，燃燒室是液滴完成蒸發或燃燒的區域，與溫度控制器、計算機連接，溫度控制器可控制流過加熱絲的電流，繼而控制燃燒室溫度，高速攝像機記錄液滴的蒸發或燃燒過程，數據采集儀記錄燃燒過程中的液滴周圍的氣相溫度變化，高壓氣瓶連接燃燒室，對燃燒室進行充氣，以實現燃燒室內高壓和不同氣氛環境。本發明提供的研究湍流模式下液滴蒸發與燃燒特性的裝置及方法，能任意調整和維持燃燒室的溫度，同時還能實現燃燒室內湍流和高壓環境，從而保證實驗變量的多樣性和實驗結果的精確性。

技術領域

本發明屬于燃燒實驗設備技術領域，具體涉及一種研究湍流模式下液滴蒸發與燃燒特性的裝置及方法。

背景技術

納米流體燃料是一種新型燃料，由納米級的金屬顆粒和液態碳氫燃料基液構成。當前的研究表明，納米金屬顆粒的加入不但能顯著的提高燃料的熱值，而且在一定程度上可以降低燃料的著火延遲時間和著火溫度，使燃料表現出快速點火、快速燃燒的巨大潛能。然而，納米金屬的添加會使燃料蒸發和燃燒過程變得復雜。此外，為了保證納米金屬顆粒在碳氫燃料中的穩定懸浮，還必須添加表面活性劑，表面活性劑的添加對燃料的影響非常大，使液滴蒸發和燃燒過程更加復雜。

不同種類的基液、不同種類的表面活性劑、不同種類的納米金屬，甚至納米金屬粉末與表面活性劑的添加量都會對液滴的蒸發和燃燒造成巨大的影響。為了探究和表征這些納米流體燃料的性能，為納米流體燃料的實際應用提供數據支持，有必要設計一種以納米流體燃料液滴為對象的可視化實驗裝置，以深入研究其在不同工況下的蒸發和燃燒過程。

當前，一些科研院校所用的實驗裝置主要是針對常壓、自然流動工況設計的，然而，燃料液滴的實際使用多是在高壓、湍流環境中，所以測試的結果不能說明液滴在實際工況下的表現。此外，研究蒸發和燃燒過程的設備多是不同的，在研究完成其中一個項目后，需要完全拆除再重新搭建新實驗平臺，在這個過程中往往還會涉及到搬運高壓氣瓶，不但浪費時間，而且存在很大的安全隱患。

申請號：201810377478 .4的中國專利，公開了一種可視化實驗用燃料液滴點火測溫裝置，該裝置以點火絲加熱的方式實現液滴點火，但不能研究液滴在某一固定溫度下的蒸發過程。申請號201810377401.7的中國專利，公開了一種觀察的液滴蒸發和燃燒裝置，雖然其便于觀察和拍攝，但不涉及高壓、湍流工況環境。

發明內容

發明目的：為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種研究湍流模式下液滴蒸發與燃燒特性的裝置及方法。

發明方案：為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種研究湍流模式下液滴蒸發與燃燒特性的裝置，包括計算機、數據采集儀、燃燒室、溫度控制器、高壓氣瓶和高速攝像機，所述燃燒室是液滴完成蒸發或燃燒的區域，燃燒室內布置風機，風機的功率由計算機控制，通過控制風機的啟停個數和功率來實現燃燒室內不同的湍流強度和內部氣流循環方向，溫度控制器、高速攝像機和數據采集儀與計算機相連接，通過計算機設置目標溫度、目標壓力、采集頻率等參數并一鍵觸發，高速攝像機負責記錄燃燒室內液滴的蒸發或燃燒過程并傳送至計算機，數據采集儀負責記錄燃燒室內燃燒過程中的液滴周圍的氣相溫度變化，并將記錄數據傳送至計算機，通過溫度控制器控制燃燒室內部溫度，以實現燃燒室內不同溫度環境，高壓氣瓶連通燃燒室，對燃燒室進行充氣，以實現燃燒室內高壓和不同氣氛環境。

進一步的，所述燃燒室的外殼為鋁合金，內部和外殼之間填充物為氧化鋁纖維，能夠有效地隔熱保溫，燃燒室內布置有剛玉管、火花塞、加熱絲、溫度傳感器和壓力傳感器，剛玉管上分別固定SiC纖維絲和熱電偶，SiC纖維絲用于懸掛燃料液滴，熱電偶用于測量液滴蒸發或燃燒過程中的氣相溫度變化，火花塞可以對液滴進行電火花點火，通過溫度控制器控制流過加熱絲的電流，實現控制燃燒室溫度的目的，溫度傳感器和壓力傳感器分別采集燃燒室內的溫度和壓力數據并傳送至溫度控制器和計算機。