[发明专利]一种用于微波辅助稳态预混燃烧研究的装置

说明书

本发明属于新型燃烧技术相关领域，其公开了一种用于微波辅助稳态预混燃烧研究的装置，装置包括集成燃烧器系统、供气系统以及微波系统，其中：供气系统向集成燃烧器系统输送燃料；集成燃烧器系统包括下部设有精密金属网的燃烧器本体；微波系统包括微波发生器、微波传输线路以及天线，天线设于燃烧器本体的内部与燃烧器本体同轴设置；天线包括天线内导体以及天线头，天线头伸出燃烧器本体并位于燃烧器本体产生的火焰锋面附近。本申请可以在开放空间中实现多参数可调的微波辅助稳态燃烧，进而便于布置其他燃烧诊断设备，同时稳态燃烧器的设计降低了燃烧诊断的成本，为深入探究多参数条件下的微波辅助燃烧提供了可能。

技术领域

本发明属于新型燃烧技术相关领域，更具体地，涉及一种用于微波辅助稳态预混燃烧研究的装置。

背景技术

随着世界经济的繁荣发展，工业化水平不断增加，能源的需求量与日俱增。内燃机以其高热效率、大功率密度、宽功率范围等优势，被广泛运用于交通运输、航空航天等领域。实现内燃机上的节能减排，首先要解决如何提升内燃机燃烧效率以提高能源利用率，同时减少燃烧后的有害排放废气问题。高超声速推进技术由于需要在超声速流条件下进行燃料的燃烧，因此在燃烧室中实现燃料的充分混合、可靠点火以及稳定燃烧都变的极为重要。目前的传统燃烧方式在应对上述日益严苛的节能减排需求以及超高速流下的稳定燃烧需求下显得捉襟见肘，因此亟需开发新型燃烧方式。而微波辅助燃烧技术作为一种新型燃烧方式，能利用火焰等离子体在高频微波场下的加速作用，通过电子碰撞反应产生大量化学活性物质，从而实现燃料的快速燃烧，并提高燃烧的完善程度，提高了燃烧热效率，减少了有害物排放；另外该新型燃烧方式可以降低燃烧火焰不稳定性、拓展稀燃极限、提高了燃烧的稳定性。

但微波与火焰等离子体之间的相互作用关系、微波参数对火焰的影响机制、微波辅助燃烧作用机理等都尚不清晰，因此需要设计一套用于研究微波辅助稳态预混燃烧的试验台架，以便利用先进的诊断手段对微波辅助燃烧过程进行诊断观测，为微波辅助燃烧高效化、成品化、产业化提供大量的基础数据，而目前关于微波辅助燃烧的研究中，中国专利CN2937841Y提供了一种微波等离子体燃烧器，通过微波在微波谐振腔内部的谐振作用，从而击穿混合气，形成空间点火，但由于使用的是微波谐振腔，燃烧器位于谐振腔内部，很难实现可视化研究，无法实现火焰的燃烧速度和排放物生成规律等参数的测量，另一方面谐振腔的结构设计复杂，费时费力，并不适合用于微波辅助燃烧机理的深入研究。中国专利CN106762330B以及CN107290133B分别提供了两种研究微波点火的可视化实验系统，但这两个专利都基于点火实验研究，聚焦在点火的瞬态过程，由于点火的瞬态过程时间极短，对诊断手段的瞬态响应要求苛刻，导致缺少能快速响应的诊断设备或者诊断设备价格高昂，从而限制了微波辅助燃烧过程的深入研究。因此可以先研究稳态燃烧下的微波作用机理，即亟需设计一种新型的用于微波辅助稳态预混燃烧研究的装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于微波辅助稳态预混燃烧研究的装置，通过将微波发射结构设于燃烧器本体内部，无需设置复杂的谐振腔，可以在开放空间中实现多参数可调的微波辅助稳态燃烧，从而方便在燃烧器周围部署燃烧诊断设备，同时稳态燃烧设计降低了燃烧诊断设备的响应性要求，为微波辅助燃烧提供了更多研究设备方案，并降低了燃烧诊断设备成本，为深入探究微波辅助燃烧提供了便利。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于研究微波辅助稳态预混燃烧研究的装置，所述装置包括集成燃烧器系统、供气系统以及微波系统，其中：所述供气系统用于向所述集成燃烧器系统输送燃料；所述集成燃烧器系统包括燃烧器本体，所述燃烧器本体用于形成预混燃烧，产生初始火焰等离子体；所述微波系统包括微波发生器、微波传输线路以及天线，所述微波发生器用于产生微波并将所述微波通过所述微波传输线路传输至所述天线，所述天线设于所述燃烧器本体的内部，并与所述燃烧器本体同轴设置；所述天线包括天线内导体以及设于所述天线内导体端部的天线头，所述天线头伸出所述燃烧器本体并位于所述燃烧器本体产生的火焰锋面附近，所述天线头用于对发射的微波能量进行聚焦。