[发明专利]一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法

说明书

本发明涉及火焰燃烧技术领域，公开一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法，装置包括定容燃烧弹缸内压力采集系统和火焰纹影图片采集系统；将细化后的燃烧缸内压力波动状态作为新的评价指标，再与根据火焰流态的特征参数在不同工况下得到的火焰锋面进行对照分析，更好的量化压力波动在火焰传播过程中对火焰发展历程的影响，进而对其由于流体不稳定性与热‑质不稳定性的火焰流态变化进行一个详细的划分，最后能够对量化火焰传播过程中不稳定性对火焰传播的影响做铺垫，并为后续研究火焰燃烧基础理论研究提供了一定的理论支持。

技术领域

本发明涉及火焰燃烧技术领域，具体为一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法。

背景技术

在传统燃烧模式下，预混燃料在点火后形成的初始火焰就是预混层流火焰，随着火焰的发展，由于对拉伸和压力的变化极为敏感，火焰受影响后会逐渐由层流火焰过渡为湍流火焰，最早期的湍流火焰便是受拉伸和压力作用影响而出现高度褶皱的层流火焰。虽然湍流燃烧速度会受气流扰动以及缸内湍流强度等诸多复杂因素的影响，但是在相同进气方式以及湍流强度下，湍流燃烧速度取决于不同燃料的化学物理性质，也就是燃料的层流燃烧特性。因此，层流燃烧理论是研究湍流燃烧理论的基础。

在实际的火焰传播过程中，由于燃料的物理化学性质的差异以及研究方法的不完善，目前对于火焰流态的划分仍十分粗糙，只能通过部分火焰锋面特征参数或整体缸内压力的大幅度波动对火焰流态进行表征，却不能有效对火焰流态进行更精细的划分和判断，从而对不同初始条件与不同影响因素对于火焰流态变动带来的影响与误差无法进行有效的评判。面对以往方法中无法对火焰流态状态进行精细判别的问题，需要提出一种新型评判火焰流态的方法与装置，降低以往使用的研究方法因理论局限而产生的误差，同时改进实验装置以获取更为精细的实验数据，填补在火焰燃烧火焰流态判别领域仍存在的巨大空白是非常必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种判别火焰流态的定容燃烧装置和方法，更好的确定各火焰流态的边界范围，从而得到更加精确的各火焰流态下的燃烧特性参数，并为后续对燃料的物理化学性质研究提供数据支撑。技术方案如下：

一种判别火焰流态的定容燃烧装置，包括定容燃烧弹缸内压力采集系统和火焰纹影图片采集系统；

所述定容燃烧弹缸内压力采集系统包括定球形的容燃烧弹弹体和压力传感器探针；容燃烧弹弹体上设有若干探针孔，压力传感器探针一端设有信号传输线，另一端插入探针孔并将探针孔密封，且探针末端指向容燃烧弹内腔的几何中心；压力传感器探针上还一定间距从探针末端向外安装数个压力传感器，用于检测压力传感器探针指向方向上不同位置的压力波动数据；检测到的压力波动数据通过所述信号传输线传输到外部电荷放大器，经电荷放大器调理后将压力信号转为电信号进入采集卡与电控单元；经采集卡记录数据后由电控单元控制结束实验；

所述火焰纹影图片采集系统包括由若干反射镜组成的纹影图片拍摄光路，及高速摄影机；高速摄影机通过纹影图片拍摄光路记录定容燃烧弹弹体内部的火焰传播情况。

一种火焰流态判别方法，包括以下步骤：

步骤1：在初始实验条件下，通过所述定容燃烧装置的点火系统点燃燃料产生火焰，利用高速摄像机获得不同时刻下火焰锋面图片；

步骤2：在步骤1进行实验的同时，通过定容燃烧弹缸内压力采集系统，获得实验过程中所安插压力传感器探针的各个方向上不同位置压力传感器在不同时刻采集到的缸内压力数据；

步骤3：将从步骤1与步骤2得到的火焰锋面图片与缸内压力数据进行汇总，并依据压力数据构建三维压力分布面；

步骤4：将不同时刻下的缸内压力数据与火焰锋面图片进行匹配；

步骤5：计算步骤2得到的各张火焰锋面图片的圆心与各个方向上的半径，并在此基础上将不同时刻的压力传感器探针方向上的火焰半径数据与对应方向上不同时刻不同位置压力传感器所测的缸内压力数据进行再次匹配；