[發明專利]一種用于液體燃料湍流火焰傳播速度測量的定容燃燒彈

在審

• 申請號: 202010844004.3
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111999428A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 侯凌云;張定瑞;劉健;任祝寅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N21/84;G05D23/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于燃料燃燒特性測量技術領域的一種用于液體燃料湍流火焰傳播速度測量的定容燃燒彈。該定容燃燒彈由定容燃燒彈腔體、紋影及圖像采集系統、加熱系統、湍流發生系統、點火系統、進排氣系統組成；在定容燃燒彈腔體外布置紋影及圖像采集系統、進排氣系統和加熱系統，湍流發生系統和點火系統安裝在密閉的腔體內；計算機和高速攝像機、電機控制器、加熱控制器、點火控制器相連，用于發送和接收各類信息；本發明提供了一種既能產生均勻各向同性湍流，又能加熱燃料至氣態的定容燃燒彈，滿足研究液體燃料的湍流預混火焰傳播速度時必需的“湍流”和“預混”兩個條件；為液體燃料的湍流預混火焰傳播速度的研究奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于燃料燃燒特性測量技術領域，特別涉及一種用于液體燃料湍流火焰傳播速度測量的定容燃燒彈。

背景技術

隨著燃燒技術的發展，湍流燃燒，尤其是液體燃料的湍流燃燒成為了燃燒領域的研究熱點和難點。作為研究液體燃料湍流燃燒的基礎，利用定容燃燒彈研究液體燃料的湍流預混火焰傳播速度是研究液體燃料的湍流燃燒的方向之一。

為了研究液體燃料的湍流預混火焰傳播速度，定容燃燒彈需要具備兩個條件：一是產生湍流強度可控的均勻各向同性湍流；二是能夠加熱并保持燃料為氣態，以形成可燃預混氣體。

現有的定容燃燒彈湍流發生方式主要有以下幾種：一是孔板運動式，這種方式是在定容燃燒彈一端或者兩端布置可移動的孔板裝置，利用孔板移動產生湍流，這種方法產生的湍流流場湍流度很快衰減，且湍流度難以確定；二是射流式，這種方式是在定容燃燒彈壁面布置若干射流孔，氣體噴出后產生湍流流場，這種方法產生的湍流流場各向異性和均勻性差異很大；三是風扇式，這種方法是在定容燃燒彈壁面布置若干轉速可控的風扇，通過合理布置和轉速控制，可以在定容燃燒彈中心處產生湍流強度可控的均勻各向同性湍流流場。

現有的定容燃燒彈加熱方式主要有以下幾種：一是直接電加熱類型，這種加熱方式是在定容燃燒彈底部或內部布置電熱棒或電熱絲，這種加熱方式會導致定容燃燒彈內溫度分布不均勻；二是壁面加熱型，在定容燃燒彈表面均勻纏繞電加熱模塊，這種方式可使容彈內氣體溫度分布更均勻，但若要達到定容燃燒彈內所需的高溫，需要加熱整個定容燃燒彈腔體；三是燃氣燃燒型，這種加熱方式需要進行精確的計算和控制，燃燒后的產物也有可能會對實驗結果造成干擾。

綜合以上幾種定容燃燒彈湍流發生方式和加熱方式，可以看出風扇式湍流發生方式可以在定容燃燒彈中心處產生湍流強度可控的均勻各向同性湍流流場；壁面加熱型加熱方式是相對比較可取的加熱方式，這種方法可以使定容燃燒彈腔內氣體溫度均勻性更高，且沒有加熱器件或者尾氣直接接觸帶測量氣體，對測量的影響減到了最小。但這種方法的不足之處在于加熱所需能量多，加熱時間長，腔內溫度穩定難度大。

現有的定容燃燒彈中，有一部分加裝了湍流發生裝置，能夠在定容燃燒彈內產生湍流；有一部分加裝了加熱裝置，能夠提高實驗溫度至所需溫度。但是目前鮮有定容燃燒彈能夠同時具備以上兩個條件。

本發明是為了填補目前液體燃料的湍流預混火焰傳播速度的研究空缺，提供了一種既能產生均勻各向同性湍流，又能加熱燃料至氣態的定容燃燒彈，以滿足研究液體燃料的湍流預混火焰傳播速度時必需的“湍流”和“預混”兩個條件。

發明內容