[發(fā)明專利]一種判別火焰流態(tài)的定容燃燒裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211110066.7
• 申請(qǐng)日: 2022-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN115453038A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左子農(nóng);胡明杰;劉杰;韓志強(qiáng);吳學(xué)舜;吳怡;閆妍;田維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N31/12
• 分類號(hào): G01N31/12;G01M15/02;G01M15/10
• 代理公司: 成都禾創(chuàng)知家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

本發(fā)明涉及火焰燃燒技術(shù)領(lǐng)域，公開一種判別火焰流態(tài)的定容燃燒裝置及方法，裝置包括定容燃燒彈缸內(nèi)壓力采集系統(tǒng)和火焰紋影圖片采集系統(tǒng)；將細(xì)化后的燃燒缸內(nèi)壓力波動(dòng)狀態(tài)作為新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，再與根據(jù)火焰流態(tài)的特征參數(shù)在不同工況下得到的火焰鋒面進(jìn)行對(duì)照分析，更好的量化壓力波動(dòng)在火焰?zhèn)鞑ミ^程中對(duì)火焰發(fā)展歷程的影響，進(jìn)而對(duì)其由于流體不穩(wěn)定性與熱?質(zhì)不穩(wěn)定性的火焰流態(tài)變化進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的劃分，最后能夠?qū)α炕鹧鎮(zhèn)鞑ミ^程中不穩(wěn)定性對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊懽鲣亯|，并為后續(xù)研究火焰燃燒基礎(chǔ)理論研究提供了一定的理論支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火焰燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種判別火焰流態(tài)的定容燃燒裝置及方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)燃燒模式下，預(yù)混燃料在點(diǎn)火后形成的初始火焰就是預(yù)混層流火焰，隨著火焰的發(fā)展，由于對(duì)拉伸和壓力的變化極為敏感，火焰受影響后會(huì)逐漸由層流火焰過渡為湍流火焰，最早期的湍流火焰便是受拉伸和壓力作用影響而出現(xiàn)高度褶皺的層流火焰。雖然湍流燃燒速度會(huì)受氣流擾動(dòng)以及缸內(nèi)湍流強(qiáng)度等諸多復(fù)雜因素的影響，但是在相同進(jìn)氣方式以及湍流強(qiáng)度下，湍流燃燒速度取決于不同燃料的化學(xué)物理性質(zhì)，也就是燃料的層流燃燒特性。因此，層流燃燒理論是研究湍流燃燒理論的基礎(chǔ)。

在實(shí)際的火焰?zhèn)鞑ミ^程中，由于燃料的物理化學(xué)性質(zhì)的差異以及研究方法的不完善，目前對(duì)于火焰流態(tài)的劃分仍十分粗糙，只能通過部分火焰鋒面特征參數(shù)或整體缸內(nèi)壓力的大幅度波動(dòng)對(duì)火焰流態(tài)進(jìn)行表征，卻不能有效對(duì)火焰流態(tài)進(jìn)行更精細(xì)的劃分和判斷，從而對(duì)不同初始條件與不同影響因素對(duì)于火焰流態(tài)變動(dòng)帶來的影響與誤差無法進(jìn)行有效的評(píng)判。面對(duì)以往方法中無法對(duì)火焰流態(tài)狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)判別的問題，需要提出一種新型評(píng)判火焰流態(tài)的方法與裝置，降低以往使用的研究方法因理論局限而產(chǎn)生的誤差，同時(shí)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置以獲取更為精細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填補(bǔ)在火焰燃燒火焰流態(tài)判別領(lǐng)域仍存在的巨大空白是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種判別火焰流態(tài)的定容燃燒裝置和方法，更好的確定各火焰流態(tài)的邊界范圍，從而得到更加精確的各火焰流態(tài)下的燃燒特性參數(shù)，并為后續(xù)對(duì)燃料的物理化學(xué)性質(zhì)研究提供數(shù)據(jù)支撐。技術(shù)方案如下：

一種判別火焰流態(tài)的定容燃燒裝置，包括定容燃燒彈缸內(nèi)壓力采集系統(tǒng)和火焰紋影圖片采集系統(tǒng)；

所述定容燃燒彈缸內(nèi)壓力采集系統(tǒng)包括定球形的容燃燒彈彈體和壓力傳感器探針；容燃燒彈彈體上設(shè)有若干探針孔，壓力傳感器探針一端設(shè)有信號(hào)傳輸線，另一端插入探針孔并將探針孔密封，且探針末端指向容燃燒彈內(nèi)腔的幾何中心；壓力傳感器探針上還一定間距從探針末端向外安裝數(shù)個(gè)壓力傳感器，用于檢測(cè)壓力傳感器探針指向方向上不同位置的壓力波動(dòng)數(shù)據(jù)；檢測(cè)到的壓力波動(dòng)數(shù)據(jù)通過所述信號(hào)傳輸線傳輸?shù)酵獠侩姾煞糯笃鳎?jīng)電荷放大器調(diào)理后將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)進(jìn)入采集卡與電控單元；經(jīng)采集卡記錄數(shù)據(jù)后由電控單元控制結(jié)束實(shí)驗(yàn)；

所述火焰紋影圖片采集系統(tǒng)包括由若干反射鏡組成的紋影圖片拍攝光路，及高速攝影機(jī)；高速攝影機(jī)通過紋影圖片拍攝光路記錄定容燃燒彈彈體內(nèi)部的火焰?zhèn)鞑デ闆r。

一種火焰流態(tài)判別方法，包括以下步驟：

步驟1：在初始實(shí)驗(yàn)條件下，通過所述定容燃燒裝置的點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)燃燃料產(chǎn)生火焰，利用高速攝像機(jī)獲得不同時(shí)刻下火焰鋒面圖片；

步驟2：在步驟1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，通過定容燃燒彈缸內(nèi)壓力采集系統(tǒng)，獲得實(shí)驗(yàn)過程中所安插壓力傳感器探針的各個(gè)方向上不同位置壓力傳感器在不同時(shí)刻采集到的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)；

步驟3：將從步驟1與步驟2得到的火焰鋒面圖片與缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并依據(jù)壓力數(shù)據(jù)構(gòu)建三維壓力分布面；

步驟4：將不同時(shí)刻下的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)與火焰鋒面圖片進(jìn)行匹配；

步驟5：計(jì)算步驟2得到的各張火焰鋒面圖片的圓心與各個(gè)方向上的半徑，并在此基礎(chǔ)上將不同時(shí)刻的壓力傳感器探針方向上的火焰半徑數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)方向上不同時(shí)刻不同位置壓力傳感器所測(cè)的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行再次匹配；