一种用于可视化研究的微型燃烧器的制作方法

本发明涉及微尺度燃烧领域，尤其涉及一种用于可视化研究的微型燃烧器。

背景技术：

随着微加工技术的发展，以微小尺寸为特征的微型机电系统(microelectro-mechanicalsystem，简称mems)已经成为世界范围内的一个研究热点。mems是一种集微传感器、微执行器、微电路和微能源为一体的装置。mems若要发挥其微型化的优势，则需要微小的动力系统来提供动力和电源，这促使了微型动力系统(powermems)的迅速发展。

作为微型动力系统的核心部件，微型燃烧器承担着为系统提供能量的关键作用。碳氢燃料与氧化剂在其内部燃烧，将燃料的化学能转化为热能，从而进行后续性能的输出。因此，如何改善微型燃烧器的燃烧过程是基于微尺度燃烧的微型动力装置的主要问题之一。

不同于常规尺度燃烧，当燃烧器微小化后燃烧会存在驻留时间短、热损失大以及火焰淬熄等问题。为此，微型燃烧器内的进气速度分布及火焰形态转变规律显得尤其重要，系统全面地分析火焰失稳机制也是很有必要的。微型燃烧器内部结构设计不仅会影响内部气体的流动方式，而且会影响燃烧过程的好坏程度进而决定着其能量的输出，而混合气在微型燃烧器内的速度分布直接关乎燃烧效率、排放控制和不稳定性等问题，这些严重地制约着微型动力系统的进一步发展。因此，设计一种能直观火焰结构的燃烧器对于改善微尺度条件下燃烧过程具有一定的现实意义。

中国专利申请201621465575.1公开了一种可视化燃烧过程监测装置，其特征在于：整体呈筒状结构，包括内筒和外筒，内筒和外筒之间有夹层空间，内筒中为燃烧空间；所述外筒筒壁上设置有夹层冷空气进口，内筒筒壁上设置有内筒冷空气进口；所述外筒筒壁上还设置有若干压力波动引压管，压力波动引压管穿过外筒筒壁和内筒筒壁与燃烧空间连通；所述监测装置的底部为燃料和空气进口，连接烧嘴；所述监测装置的顶部为高温烟气出口，连接排烟管道。

所述夹层冷空气进口位于外筒筒壁上的靠近燃料和空气进口的位置，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述内筒冷空气进口位于内筒筒壁上的靠近高温烟气出口的位置，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述内筒筒壁的中间位置还设置有空气进气孔，根据实验情况需要设计其个数和孔径。

所述压力波动引压管的个数和口径根据实验情况需要设计，可以设计为不同轴向和不同周向的。

所述装置整体采用石英材料制作。

本实用新型设计的双筒结构，可以使得内外筒之间为冷却空气夹层，可以对内筒进行一定的冷却，有效减低内筒温度，延长实验装置的寿命。

在内筒进出口中间位置开设空气进气孔，通过控制进气孔的孔径和位置，改变进入内筒的冷却空气流量和射流深度，可以调节内筒内的温度分布，用于燃烧振荡、出口温度分布、内部流动特性等问题的研究。

在不同轴向和周向位置设计了压力波动引压管。可以对燃烧筒内的静压和压力波动特性进行测试，用于研究燃烧中的燃烧振荡以及声学特性问题。

采用石英作为燃烧室材料，可以长期工作在1100℃，软化温度约为1700℃。可以进行多种燃料的扩散燃烧、预混燃烧以及部分燃烧试验。不需要特别复杂的冷却设计，具有良好的使用寿命和较低的加工成本。

石英材料具有良好的透光性，不仅可以透过可见光，还可以透过紫外光。既可以直接通过肉眼或者一般的相机检测燃烧过程，还可以特殊的光学探测装置(如光电倍增管、增强型光电耦合器等)检测燃烧过程中的自由基的情况，进而全面分析燃烧的过程。

但是，本发明在使用不同种类燃料时，变更不同目数的滤网过程步骤比较繁琐，不能及时形成均匀一致的速度分布，在实际使用当中存在极大的不便，因此，该装置的实用性仍然有待进一步改进。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题克服了现有技术的不足，提供一种用于可视化研究的微型燃烧器，具体地说，为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：本发明其特征在于：包括底座、凸台、螺纹孔、燃烧器、滤网和凹槽；

所述底座为倒圆台形，所述底座的中部设置为中空；

所述底座的底端设有气体入口；

所述底座的中空部向上延伸，形成高于底座顶端平面的凸台；底座顶端的外边缘加工有底座法兰；

所述燃烧器为中空的圆柱形，所述燃烧器的底端外边缘设有燃烧器法兰，所述燃烧器法兰与底座法兰相对设置；燃烧器法兰与底座法兰上设有螺纹孔，通过螺栓将两法兰固定；

燃烧器的中空部底端设有凹槽，所述底座的凸台设置在凹槽内；燃烧器的中空部与底座的中空部连通；

所述燃烧器上端为出气口；

所述凸台的顶端与凹槽之间布置有滤网。

进一步的，所述所述燃烧器为石英玻璃材质。

进一步的，所述底座为316不锈钢。

进一步的，所述滤网的目数由燃料种类来确定，氢气:200—250目；

烷烃类：50—80目；

一氧化碳(co)：80—100目。

本发明的有益效果如下：

1.燃烧器材料为石英玻璃，可对碳氢燃料在微尺度条件下火焰燃烧过程作更直观的研究；

2.底座材料为316不锈钢，燃料和氧化剂可在其内部进行混合；

3.燃烧器凹槽和底座凸台的结合使用，可便于在燃烧器下端放置不同目数的滤网，以此来形成均匀一致的速度分布；

4.石英燃烧器与底座通过螺纹来连接，紧固方式简单、易于操作。

附图说明

图1为一种用于可视化研究的微型燃烧器剖面示意图。

图中标号：1—底座；2—凸台；3—螺纹孔；4—燃烧器；5—出气口；6—滤网；7—凹槽；8—进气口。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种用于可视化研究的微型燃烧器，其特征在于：包括底座1、凸台2、螺纹孔3、燃烧器4、滤网6和凹槽7；

所述底座1下端为气体入口8，另一端加工一凸台2；

所述燃烧器4上端为出气口5通过螺纹孔3安装在底座1上并形成连通；

所述凸台2与凹槽7之间布置有滤网6。

本发明所述的一种用于可视化研究的微型燃烧器的工作原理为：工作时，碳氢燃料和氧化剂从底座进气口进入，并在其内部进行混合，然后经过不同目数的滤网在燃烧器入口形成分布均匀的混合气体。待混合气充满燃烧器后，在其出口采用电火花点火，燃烧中释放的热量通过自然对流和壁面之间的热传导使得火焰向上游传播并附着于通道进口。由于滤网的孔隙小于碳氢燃料的淬熄直径，混合气只能是在出滤网后才会燃烧。考虑到燃烧器的材料为石英玻璃，可直观地观察燃烧过程中火焰形态结构及不稳定火焰的转变规律，具有一定的可视化研究价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于可视化研究的微型燃烧器，其特征在于，包括底座、凸台、螺纹孔、燃烧器、出气口、滤网、凹槽和进气口。所述底座下端为气体入口，燃料和氧化剂在其内部进行混合，另一端加工一凸台，所述燃烧器通过螺纹孔安装在底座形成连通，所述凸台与凹槽之间布置不同目数的滤网。考虑到燃烧器的材料为石英玻璃，可直观地观察燃烧过程中火焰形态结构及不稳定火焰的转变规律，具有一定的可视化研究价值。

技术研发人员：唐爱坤;蔡涛;周谌;黄秋涵;李建明
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2018.08.20
技术公布日：2019.01.15