[发明专利]一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器

说明书

一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，包括燃料空气供给及混合装置、产生多尺度可控流场的多层孔板装置。整个装置采用垂直布置方式，工作时空气和燃料通过进气管进入，经过碰撞板和烧结金属多孔材料可以有效充分预混，同时防止回火，随后预混气通过湍流产生孔板形成可控流场，最终在出口点火形成稳定可控流场的预混湍流火焰。该装置的湍流产生孔板采用四层设计，可根据实际需求设计单层或多层孔板组合，从而产生所需的不同强度和尺度湍流场。装置能达到极佳的湍流控制效果，结构紧凑、便于加工、工作安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种实验用可控流场湍流燃烧器，特别是一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器。

背景技术

湍流燃烧是各类工业燃烧器中能量转换的核心过程，而可控湍流燃烧一直都是发动机技术的重点问题。湍流和燃烧的相互作用，能够决定火焰的结构和分布，进而影响回火、吹熄、局部熄火、再着火等现象，从而决定发动机的燃烧组织效果及性能。因此，研究湍流和火焰相互作用机理十分重要，能在一定程度上帮助理解和实现可控、稳定和清洁高效燃烧。

目前，可控的湍流强度和湍流尺度对湍流燃烧速度及火焰面结构影响的实验研究十分匮乏，且相互不一致，无法支持湍流与火焰作用机理的研究和湍流燃烧模型的验证发展。研究发现，预混湍流燃烧实验结果强烈依赖燃烧器的几何结构，导致不同结构的燃烧器得到的实验结果不一致。此外，由于湍流强度和尺度参数相互影响和制约，精准的控制变量难以实现。因此，有目标导向的、且能实现控制变量的湍流燃烧实验研究，远比计算难实现，导致相关的实验数据缺乏，难以支撑理论发展和模型验证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，目的是提供一种可产生多尺度可控湍流的燃烧器。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案是：

一种可产生多尺度可控流场的湍流燃烧器，其特征在于，包括燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件；顶端部件用于维持可燃预混合气稳定燃烧，顶端部件与其上游的湍流产生部件相连，湍流产生部件与底端燃料及空气流入掺混装置连接。

本发明进一步的改进在于，燃料及空气流入掺混装置、湍流产生部件及顶端部件的材料为黄铜、不锈钢或钛等金属材料。

本发明进一步的改进在于，所述的顶端部件包括设置在腔体顶部的冷却件，冷却件上开设有主火焰出口和伴生火焰出口；主火焰出口周围设置有环形伴生火焰出口。

本发明进一步的改进在于，伴生火焰出口周围设置有用于对伴生火焰出口进行冷却的水循环冷却结构。

本发明进一步的改进在于，所述燃料及空气流入掺混装置包括渐缩形腔体，腔体底部设置有底座，底座上开设有进气通道，底座上设置有支撑件，支撑件上设置有碰撞板，腔体内设置有若干烧结金属多孔板；烧结金属多孔板位于碰撞板上方；碰撞板设置在进气通道正上方。

本发明进一步的改进在于，支撑件与碰撞板为一体结构，支撑件高度为3-5cm。

本发明进一步的改进在于，进气通道通过螺纹与混合气进气管连接，并通过内层密封垫圈进行密封。

本发明进一步的改进在于，所述湍流产生部件为孔板式结构，湍流产生部件为用于补偿高度的圆环或者湍流产生部件为一层或多层金属孔板，并设置在主火焰出口上游。

本发明进一步的改进在于，金属孔板的开孔形式为圆孔形孔板或狭缝形孔板，开孔方向均和孔板轴线方向一致，孔分布均呈轴对称。

本发明进一步的改进在于，圆孔形孔板的开孔比为37％-64％，狭缝形孔板的开孔比为17％到52％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：