一种线性火焰的造型方法与流程

1.本发明涉及一种线性火焰造型方法，属于燃烧器技术领域。


背景技术：

2.火焰造型在焰火表演领域多有用到，工程师需要依据视觉和表演需求实现不同的火焰形状。同样在热能工程领域，工业炉燃烧器需要依据负荷情况调整火焰造型，以满足工程需要。
3.区别于方型或圆形燃烧器产生的火焰，线性火焰是由线性方向排布的一个或多个燃烧器形成的火焰。专利cn201720508919.0提及了一种线性火焰稳焰结构，阐述了利用空气外侧护板稳焰结构。专利cn204213926u提及了模组化线性燃烧器的结构，阐述了构建线性燃烧器的模组化结构。此外也有一些研究人员对线性火焰或线性燃烧器进行了研究，但现有技术中未见线性火焰的造型构造方法，特别是在有火焰形状构造需求的工程问题时，如能够采用一种火焰造型的估算方法，能够快速确定设计方案，进入工程化实施阶段。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种线性火焰的造型方法，将线性燃烧器沿线性方向划分为n个区域，以各区域线负荷比为纵坐标、以各区域标号为横坐标建立火焰形状近似图；根据火焰形状近似图辅助线性火焰造型。本发明火焰造型方法，可以在试验、数值计算之前将设计方案精确至最小范围，能够极大的简化设计过程，提供火焰造型的高度可靠的指导方案。
5.为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种线性火焰的造型方法，包括：
7.将线性燃烧器沿线性方向划分为n个区域，将各区域的长度记为li；n＞0，i为各区域标号，表示沿线性方向的第i个区域，i＝1，2，
…
n；
8.获取各区域的热负荷qi；
9.获取线性燃烧器的总负荷q；
10.计算各区域的热负荷qi相对于线性燃烧器的总负荷q的各区域热负荷占比qi；
11.根据各区域热负荷占比qi和各区域的长度li，得到各区域线负荷比
12.以各区域线负荷比为纵坐标、以各区域标号为横坐标建立火焰形状近似图；
13.根据火焰形状近似图对线性燃烧器进行控制，得到期望的线性火焰造型。
14.进一步的，各区域热负荷占比qi＝qi/q；
15.各区域线负荷比
16.进一步的，线性燃烧器为1个能够独立产生线性火焰的燃烧器，或为＞1个燃烧器线性排布所组成的燃烧器组。
17.进一步的，当线性燃烧器产生的火焰为浮力控制火焰，以各区域线负荷比为纵
坐标、以各区域标号为横坐标、以散点连线图的方式建立火焰形状近似图；
18.当线性燃烧器产生的火焰为动量控制火焰，以各区域线负荷比为纵坐标、以各区域标号为横坐标、以柱状图的方式建立火焰形状近似图。
19.进一步的，根据弗劳德数frf判断线性燃烧器产生的火焰的类型。
20.进一步的，当frf＜5时，认为线性燃烧器产生的火焰是浮力控制火焰；
21.当frf≥5时，认为线性燃烧器产生的火焰是动量控制火焰。
22.进一步的，n个区域中，各区域中包含的喷嘴数量≥0，n个区域包含的喷嘴总数量＞0。
23.进一步的，同一区域中喷嘴的热负荷相等。
24.进一步的，各区域的长度相等或不相等。
25.进一步的，各区域的热负荷qi根据该区域内所包含喷嘴的热负荷进行计算。
26.本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：
27.(1)本发明创新性的提供一种火焰造型方法，可以在试验、数值计算之前将设计方案精确至最小范围，能够极大的简化设计过程，提供火焰造型的高度可靠的指导方案；
28.(2)本发明针对的燃烧器可以为单一的燃烧器或由一系列燃烧器组合而成燃烧器组，区域划分时不需机械的进行等距离划分，具有广泛的适用性；
29.(3)本发明采用各区域热负荷折算为负荷占比的方法，可以有效的提升火焰形状近似度；
30.(4)本发明合理考虑了火焰类型，根据火焰类型合理建立火焰形状近似图，进一步提高了火焰形状近似度。
附图说明
31.图1为本发明一种优选实施方式中线性火焰的造型方法流程图；
32.图2为本发明实施例1中所用线性燃烧器喷嘴开孔及各区域划分示意图；
33.图3为本发明实施例1中获得的线负荷比图；
34.图4为本发明实施例1中获得的线性火焰造型照片。
具体实施方式
35.下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
36.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
37.在工程上，如需对线性火焰燃烧的火焰形状进行构造，经常需要通过试验、数值计算等较为复杂的方法进行判断，这些方法大多耗时耗力，如果工况较多，则会难以实现。本发明提供的火焰造型方法，可以在试验、数值计算之前将设计方案精确至最小范围，能够极大的简化设计过程，提供火焰造型的高度可靠的指导方案。
38.本发明一种线性火焰的造型方法，该方法将线性燃烧器沿线性方向分为多个区域，每个区域的长度分别为l1、l2、
…
ln，分别计算各区域热负荷q1、q2、
…
qi，并计算各区域热
负荷占燃烧器总负荷的负荷占比q1、q2、
…
qi，即qi＝qi/q，将各区域热负荷占比与各区域长度做比值，得出各区域线负荷比以线负荷比为纵坐标，以各区域标号i为横坐标作图，可得出火焰形状近似图用于辅助造型设计。
39.进一步的，对于不同类型的火焰，特别是浮力控制火焰及动量控制火焰，需要作出火焰形状上的区分。如线性燃烧器的火焰为浮力控制火焰，火焰较为飘动，所形成的造型是平滑过渡的，采用散点连线图即为火焰近似形状，具有较好的近似度；如火焰为动量控制火焰，火焰较为刚劲，则所形成的造型应为阶梯状的，采用柱状图即为火焰近似形状，具有较好的近似度。
40.进一步的，一般采用弗劳德数frf来区分火焰的动量控制模式和浮力控制模式。对于湍流射流火焰，当frf＜5时，认为是由浮力控制的火焰，当frf≥5时，认为是动量控制火焰。
41.进一步的，线性燃烧器可以是由一个燃烧器形成线性火焰，也可以是由多个燃烧器共同形成线性火焰。
42.进一步的，将线性燃烧器沿线性方向分为多个区域时，不对各区域的长度进行限制，可以依据具体情况对各区域的界限进行设定，以便于对火焰情况进行估算。但需要保证单个区域内的各喷嘴的热负荷一致，如不一致会导致本区域内部的出现火焰形状估算的偏差，降低火焰形状近似的精确度。即，各区域可以不均分，但各区域内部各喷嘴的热负荷需保持一致。
43.实施例1：
44.本实施例将结合附图1～4对本发明火焰造型方法进一步说明。
45.本发明火焰造型方法应用在氢能手持火炬中。
46.如图2，将线性燃烧器分为5个区域，各区域包含喷嘴若干，喷嘴数量共计24个，具体的说，第1～5个区域分别包含喷嘴的数量为2、6、6、8、3，各区域内部，喷嘴的开孔直径相等。
47.依据喷嘴的热负荷，按照图1方法对各区域线负荷比进行折算，并完成各区域线负荷比的绘制。
48.本实施例中，线性燃烧器总负荷q＝36kw，各区域数据如表1所示：
49.表1 线性燃烧器的各区域数据
[0050][0051]
以第1～5个区域的线负荷比为纵坐标，各区域标号1～5为横坐标建立了如图3所示的火焰形状近似图，本实施例中火焰为浮力控制火焰，采用散点连线图就有更好的近似效果。利用火焰形状近似图与期望的线性火焰造型进行对比，根据对比结果对线性燃烧器进行控制，实现了如图4所示的期望的线性火焰造型。
[0052]
本实施例中，线性燃烧器在实际使用时按照火炬的曲面造型特点进行了折弯。
[0053]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
[0054]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。