[发明专利]自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，涉及层流燃烧速度测量技术领域，其包括：空气源、液体燃料源、管道燃烧器和混合器，其中，空气源用于提供燃料燃烧所需要的空气；液体燃料源用于提供燃料燃烧所需要的液体燃料；管道燃烧器具有从燃料入口至燃料出口的横截面逐渐增大的阶梯形状的通道；以及，混合器用于将所述空气和所述液体燃料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。

技术领域

本发明涉及层流燃烧速度测量技术领域，具体涉及一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法。

背景技术

层流燃烧速度是可燃预混气扩散性、燃烧反应性和放热能力综合反映的物理化学特性。层流燃烧速度对于表征燃料的预混燃烧特性，验证燃烧反应机理和动力学模型以及校准湍流燃烧模型具有重要意义。在工业炉、内燃机、燃气轮机和火箭发动机燃烧室等实际燃烧系统中，层流燃烧速度是解释和评估各种燃烧现象，如火焰稳定、火焰结构、火焰淬熄和回火的重要参数之一。准确测量燃料层流燃烧速度为燃烧室内燃烧组织形式、火焰结构及火焰传播提供理论依据，最终为发动机燃烧室结构和性能优化提供支持。

层流燃烧速度主要受未燃预混气初始温度、压力、当量比等因素影响。实际燃烧室中工作温度和压力显著高于环境条件，掌握层流燃烧速度随热力学条件变化非常重要。燃料燃烧反应极其复杂，特别是在高温、高压条件下的燃烧机理目前尚不明确，准确计算和预测层流燃烧速度相对困难。在相对较高的初始压力和温度下，通过不同测量技术获得的燃料层流燃烧速度结果显示也偏差较大。因此，在更宽泛初始温度、压力条件下，尤其是在相对高温、高压条件下准确测量燃料层流燃烧测速度是至关重要的技术问题。

层流燃烧速度S_u定义为一维无拉伸绝热平面火焰相对于来流未燃预混气的速度，通常采用的实验测量方法包括：本生灯法，热流法，对冲火焰及球形火焰法，但需要考虑较大的热损失和较高的火焰拉伸率来进行修正。并且以上方法难以实现较高初始温度下实验工况，测量工况较为单一。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法。本发明减小了热损失和火焰拉伸带来的影响，在较为宽泛的初始温度条件，尤其是较高初始温度下的测量燃料层流燃烧速度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，其包括：

空气源，其用于提供燃料燃烧所需要的空气；

液体燃料源，其用于提供燃料燃烧所需要的液体燃料；

管道燃烧器，其具有从燃料入口至燃料出口的横截面逐渐增大的阶梯形状的通道；以及，

混合器，其用于将所述空气和所述液体燃料混合并送至所述管道燃烧器的燃料入口。

如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，还包括：红外加热器，所述红外加热器用于对所述管道燃烧器的外壁进行加热，有助于点火和稳定火焰，以减少从火焰到固壁的热损失。

如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，所述管道燃烧器的材质由蓝宝石制成。

如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，所述空气源与所述混合器之间设置有质量流量计，所述质量流量计用于测量所述空气的流量。

如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，还包括：控制模块，所述控制模块用于获取所述质量流量计的空气的流量数据。

如上所述的自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置，进一步地，所述液体燃料源与所述混合器之间设置有液体燃料泵，所述液体燃料泵用于加快液体燃料的输送。