[发明专利]一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置

说明书

本发明公开了一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置，包括一种新的三维层析重构方法和一种火花塞强制点火诱导单液滴燃烧的实验装置。所述三维重构方法包括以下步骤：步骤一，将单液滴燃烧的火焰划分为一系列水平切片；步骤二，对每一层水平切片进行火焰温度重构；步骤三，将所有水平切片进行叠加，得到三维火焰温度场。所述实验装置包括液滴制作系统和火花塞强制点火系统，强制点火系统利用两个铜针尖端之间产生的电火花，将石英丝尖端上的单液滴引燃。本发明实现了单液滴燃烧过程中非轴对称火焰温度的三维重构，能够准确测量单液滴燃烧的火焰温度，有利于内燃机燃烧特性的研究。

技术领域

本发明属于内燃机设备技术领域，具体涉及一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置。

背景技术

因为内燃机的功率密度高，所以它被广泛应用于国防和经济建设中。喷雾过程是内燃机最重要的过程，它决定了内燃机的经济性、动力性和排放性，火焰温度直接与内燃机的这些特性密切相关。因此，有必要准确测量火焰温度。

喷雾燃烧是一个极其复杂的过程，包含了湍流、化学反应、蒸发、破碎等多个子过程。因为喷雾包含大量细微液滴，所以对单液滴燃烧的研究是喷雾燃烧研究的基础。单液滴与喷雾燃烧过程类似，而且单液滴结构十分简单，便于进行深入研究。

就目前而言，已有少量研究报道了单液滴燃烧过程中的火焰温度测量，包括双色法和干涉法。但是，这些方法必须假设火焰是轴对称的。这与实际情况并不相符，因为在单液滴燃烧过程中，不能始终保证火焰总是轴对称的。三维层析重构法可以研究非轴对称火焰，但是传统的层析重构法却无法处理火焰中有一个液滴的情况。因此，非常有必要开发一种新方法来研究单液滴燃烧过程中非轴对称火焰的温度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置，实现了单液滴燃烧过程中非轴对称火焰温度的三维重构，能够准确测量单液滴燃烧的火焰温度，有利于内燃机燃烧特性的研究。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法，包括以下步骤：

步骤一，将单液滴燃烧的火焰划分为一系列水平切片；

步骤二，对每一层水平切片进行火焰温度重构；

步骤三，将所有水平切片进行叠加，得到三维火焰温度场。

优选地，步骤一中，在包含液滴的水平切片内，液滴均设为圆形，计算出光线在水平切片内的轨迹。

优选地，步骤二中，采用层析重构算法建立一层水平切片内的火焰温度分布。

优选地，步骤三中，叠加所有水平切片的火焰温度分布，得到三维火焰温度场。

一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构实验装置，所述实验装置用于实现上述的单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法，包括液滴制作系统、火花塞强制点火系统、光纤成像束、光学透镜系统、长焦微距镜头和高速摄像机；所述液滴制作系统用于产生单液滴，所述火花塞强制点火系统用于引燃所述单液滴；所述光纤成像束的输入端与光学透镜系统相对设置，光纤成像束的输出端与长焦微距镜头相对设置，所述高速摄像机与长焦微距镜头相连接；所述光学透镜系统相对单液滴设置，用于确保只有平行光进入到光纤成像束的输入端，有利于将火焰划分为一系列水平切片。

优选地，所述光纤成像束包括4个输入端和1个输出端，所述光纤成像束的4个输入端相对位置设置有4套光学透镜系统，每套光学透镜系统的组成完全相同，4套光学透镜系统与单液滴的距离相等且相互之间呈45°夹角分布。

优选地，所述光学透镜系统包括长焦凸透镜、光阑和短焦凸透镜，长焦凸透镜正对着单液滴方向设置，所述长焦凸透镜和短焦凸透镜的焦点重合，所述光阑放置在这个重合焦点的位置。