[發明專利]加速火焰與多壁面邊界相互作用的可視化系統

有效

• 申請號: 202010416613.9
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111664450B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 梁興雨;張洪升;舒歌群;王昆;王月森;衛海橋;潘家營
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;F23D14/02;F23D14/46;F23D14/62;F23D14/60;F23M11/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種加速火焰與多壁面邊界相互作用的可視化系統，包括：燃燒室腔體，被第一橫向擋板和第二橫向擋板分為干壁面均質燃燒區域、火焰加速區域和濕壁/非均質混合區域，且平行于該燃燒室腔體的三個區域的腔面具有透明窗口設計；高速紋影組件，包括光源、紋影光路和高速相機，光源發出的光經紋影光路傳達至高速相機實現紋影拍攝，且紋影光路穿過燃燒室腔體的透明窗口；以及外控設備，控制高速相機的啟動并接收及顯示其紋影拍攝結果。本發明提供的該加速火焰與多壁面邊界相互作用的可視化系統，控制簡便，操作簡單，能夠為火焰加速及爆轟燃燒可控理論以及燃燒器結構優化等提供數據支持。

技術領域

本發明涉及燃燒技術領域，包括光學、熱力學、電學以及控制技術等領域，尤其涉及一種加速火焰與多壁面邊界相互作用的可視化系統。

背景技術

封閉空間內預混火焰的加速及爆轟過程一直是一個廣受關注的問題，一方面，合理控制利用爆燃轉爆轟的過程能夠將燃料燃燒產生的能量最大限度地應用于工程機械，如爆轟發動機及其他爆炸裝置等；而另一方面，對于難以控制的爆轟燃燒過程，其不僅會使燃燒過程惡化及資源浪費，更會導致設備的損壞及人員傷害，如內燃機內的爆震現象和礦井中的瓦斯爆炸等。因此，深入理解預混火焰加速及爆轟過程的機理并制訂相應的控制策略至關重要。

一般來說，在火焰加速的過程中，燃燒壓力波遇到障礙物發生反彈，反彈波在火焰前鋒處疊加使局部混合氣濃度梯度和壓力梯度升高而發生自燃現象，產生的高溫熱點進一步點燃混合氣，促使爆轟現象的發生。而當爆轟現象發生后，強烈的爆轟波會迅速占領未燃區域，同時在空間內發生多次反彈疊加，使空間壓力出現多個震蕩峰值，壓力波傳播速度可達 2000m/s，壓力峰值可高達10兆帕。在內燃機當中，由于末端混合氣自燃，會產生爆震現象，爆震波不僅會使燃燒過程失穩，還會不同程度地損壞缸套及活塞表面，減少發動機壽命。另一方面，近年來的一些研究表明，由于發動機的早噴燃油撞壁及壁面潤滑所產生的濕壁現象，可能會由于不同的濃度梯度和傳熱效應對近壁區域混合氣自燃及爆震產生影響。同時，發動機缸內存在干濕壁面及不同溫度分布等復雜壁面條件，因此針對缸內爆轟波產生后，不同的壁面條件與加速火焰之間的相互作用機理還需要進一步探究。

綜上，在當前的加速燃燒動力裝置中，存在多種干濕壁面的邊界條件，不同的壁面邊界對火焰傳播、焠熄，壓力波反彈、疊加，壁面材料使用壽命等均有著一定的影響，目前，對于實際內燃機及其他燃燒動力裝置中加速火焰及爆轟波與壁面相互作用的復雜過程，進行直接診斷觀測的難度很大，此外，現有的模擬燃燒裝置可控條件單一，難以對相同初始條件下的火焰與不同壁面作用的過程進行同步比較。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供了一種加速火焰與多壁面邊界相互作用的可視化系統，以至少部分解決上述問題。

(二)技術方案

本發明提供了一種加速火焰與多壁面邊界相互作用的可視化系統，包括：

燃燒室腔體，被第一橫向擋板和第二橫向擋板分為干壁面均質燃燒區域、火焰加速區域和濕壁/非均質混合區域，且平行于該燃燒室腔體的三個區域的腔面具有透明窗口設計；

高速紋影組件，包括光源、紋影光路和高速相機，光源發出的光經紋影光路傳達至高速相機實現紋影拍攝，且該紋影光路穿過燃燒室腔體的透明窗口；以及

外控設備，控制高速相機的啟動并接收及顯示其紋影拍攝結果；

其中，第一橫向擋板的下壁面和第二橫向擋板的上壁面均連接一加速擾動板，該兩個加速擾動板之間形成火焰加速區域。

進一步的，其中：

一些實施例中，第一橫向擋板和/或第二橫向擋板的同一端通過一斜擋板固定于燃燒室腔體的內壁，且該斜擋板圍成一個從內壁至火焰加速區域的逐漸縮口區域。

一些實施例中，加速擾動板上設置有擾動障礙物。