一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器的制造方法

文档序号:10720423阅读:519来源:国知局
一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,包括可视化方形燃烧室、燃料充分预混及旋转流动发生装置及燃料空气流入掺混装置;整个装置采用垂直布置方式,工作时,空气和燃料通过进气管进入该装置,在管路中进行预混,管内嵌入的金属孔板可以促进燃料与空气的充分预混,随后预混合气通过双层旋流器形成稳定的旋转气流,最终进入方形燃烧室并点火形成稳定的燃烧火焰。该装置采用双层结构设计,内外层结构十分相似,可根据实际需求设计单层或双层火焰实验,可以同时进行两种不同燃料的掺混燃烧实验,并能与其他测量与检测仪器很好地配合使用;装置能达到极佳的预混和旋流效果,设计新颖、便于加工、工作可靠。
【专利说明】
一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器
技术领域
[0001]本发明涉及一种燃烧器,特别是一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器。
【背景技术】
[0002]当前的实验研究中,特别是对预混合火焰性质的研究,气体完全预混及旋转湍流气流形成的问题一直困扰实验的进行,在国内相关领域成熟的经验较少,这也造成了在相关领域缺少成形燃烧试验台装置,而国外相关仪器成本高昂,且装置较大,无法很好地满足实验要求,没有普适性。例如Darmstadt大学设计的湍流分层火焰燃烧器,研究了火焰的分层与剪切效应,没有加入旋流器;PRECCINSTA燃烧器加入了固定的旋流通道以及小孔射流,燃料与空气一边旋转一边混合。因此,通过国内成熟的3D打印技术及完善的机械加工技术进行可视化试验台的搭建,不失为一种解决方法。

【发明内容】

[0003]为解决现有技术存在的不足,本发明公开了一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器。
[0004]本发明采用的具体技术方案为:
[0005]—种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,燃烧器顶端设有可视化方形燃烧室,所述可视化方形燃烧室底端中心位置设有双层旋流器并通过焊接密封固定,所述双层旋流器与燃料及空气流入掺混装置A连接;
[0006]所述双层旋流器为金属3D打印部件,其具有8个周向均匀布置的螺旋扇叶,且双层旋流器内圈长、外圈短;所述双层旋流器中心套接中心支撑管顶端并用密封专用胶水密封,所述双层旋流器有内外两层空间,内层套接内管顶端并用密封专用胶水密封,外层套接外管顶端并用密封专用胶水密封;
[0007]所述燃料及空气流入掺混装置A包括底座内管、底座外管、外管空气进气管、外管燃料进气管、外层密封板、内管空气进气管、内管燃料进气管及内层密封板;
[0008]所述内管底端通过螺纹与底座内管顶端连接,并通过内层密封垫圈进行密封;所述外管底端通过螺纹与底座外管顶端连接,并通过外层密封垫圈进行密封;
[0009]所述底座内管从底座外管底端伸出,且所述底座外管底端与底座内管之间通过外层密封板密封;所述中心支撑管从底座内管底端伸出,且所述底座内管底端与中心支撑管之间通过内层密封板密封;
[0010]所述底座内管下端左右两侧对称焊接内管燃料进气管及内管空气进气管;所述底座外管下端左右两侧对称焊接外管燃料进气管及外管空气进气管。
[0011 ]进一步,所述的可视化方形燃烧室的内部空间为0.5m3。
[0012]进一步,所述双层旋流器周向旋转120°,且其径向的每个切面上扇叶的截面均在双层旋流器圆柱面的法向上。
[0013]进一步,所述内管与外管的管道长1.2m。
[0014]进一步,所述内管与外管及底座内管与底座外管组成的预混空间高度均在1.5m以上。
[0015]进一步,所述燃料及空气流入掺混装置A中还包括内层金属孔板、外层金属孔板,所述外管和底座外管之间安装有外层金属孔板,内管和底座内管之间安装有内层金属孔板。
[0016]本发明的有益效果为:
[0017]1、本发明装置搭建技术成熟,双层旋流器为金属3D打印部件加工精度高,具有8个周向均匀布置的螺旋扇面,可以根据实验所需要气流旋转强度的大小来选择合适的螺旋角度;双层旋流器及火焰出口规格较小,结构规律性强,成本合理,易于拆卸及更换不同规格的部件,用途广泛。
[0018]2、燃烧器内外管中的燃料可以根据实验具体要求进行相应参数的变化,例如当量比、速度等,对预混合燃烧的研究有巨大的帮助。
[0019]3、该燃烧器能实现燃料与空气的完全预混,并形成稳定的旋转湍流气流,连接流量计后可以有效控制气体流量及燃料空气的预混比例,大大提高效率。
【附图说明】
[0020]图1为本发明一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器的结构示意图。
[0021]图2为本发明双层旋流器的结构图,图2(a)为双层旋流器的全剖视图,图2(b)为双层旋流器的三维结构示意图。
[0022]图3为本发明燃料及空气流入掺混装置A的全剖视图。
[0023]其中:1-可视化方形燃烧室;2-双层旋流器;3-中心支撑管;4-内管;5-外管;6_内层密封垫圈;7-外层密封垫圈;8-内层金属孔板;9-外层金属孔板;10-底座内管;11-底座外管;12-外管空气进气管;13-外管燃料进气管;14-外层密封板;15-内管空气进气管;16-内管燃料进气管;17-内层密封板。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图及实施例对本发明进行进一步说明,但本发明的保护范围并不限于此。
[0025]本发明旨在研究多燃料的掺混燃烧现象,比如二甲醚、甲烷等气体燃料,亦可以是⑶和出等燃料,同时可以单独控制各通道内的混合气当量比,解决了现有燃烧试验台装置中的缺陷和不足,提供的一种简单有效的燃烧试验台装置。
[0026]如图1所示,一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器的结构示意图,燃烧器顶端设有可视化方形燃烧室I,可视化方形燃烧室I的内部空间为
0.5m3,可视化方形燃烧室I为密闭装置,其内部可安装火焰监测装置,其顶端可安装尾气处理装置;可视化方形燃烧室I底端中心位置设有双层旋流器2并通过焊接密封固定,双层旋流器与燃料及空气流入掺混装置A连接;
[0027]如图2所示,双层旋流器2为金属3D打印部件,其具有8个周向均匀布置的螺旋扇叶,可以根据实验所需要气流旋转强度的大小来选择合适的螺旋角度;双层旋流器2内圈长、外圈短,便于管道对接、安装;双层旋流器2周向旋转120°,且其径向的每个切面上扇叶的截面均在双层旋流器2圆柱面的法向上;双层旋流器2的出口高于燃烧器的底部,便于光路进入及激光诊断实验;双层旋流器2中心套接中心支撑管3顶端,双层旋流器2有内外两层空间,内层套接内管4顶端,外层套接外管5顶端;双层旋流器2在设计时,与内管4、外管5及中心支撑管3接触的地方均设计成台阶状接口,并用密封专用胶水连接,保证密封性;内管4与外管5的管道长1.2m,可以保证气流在管道中达到充分发展的湍流状态;内管4与外管5组成的预混空间高度在1.5m以上;
[0028]如图3所示,燃料及空气流入掺混装置A包括内层金属孔板8、外层金属孔板9、底座内管10、底座外管11、外管空气进气管12、外管燃料进气管13、外层密封板14、内管空气进气管15、内管燃料进气管16及内层密封板17;
[0029]内管4底端通过螺纹与底座内管10顶端连接,并通过内层密封垫圈6进行密封,内管4和底座内管10之间安装有内层金属孔板8,确保对气流产生足够的弥散效果;外管5底端通过螺纹与底座外管11顶端连接,并通过外层密封垫圈7进行密封,外管5和底座外管11之间安装有外层金属孔板9,确保对气流产生足够的弥散效果;底座内管10与底座外管11组成的预混空间高度在1.5m以上;
[0030]底座内管10从底座外管11底端伸出,且底座外管11底端与底座内管10之间通过外层密封板14密封;中心支撑管3从底座内管10底端伸出,且底座内管10底端与中心支撑管3之间通过内层密封板17密封;
[0031]底座内管10下端左右两侧对称焊接内管燃料进气管16及内管空气进气管15;底座外管11下端左右两侧对称焊接外管燃料进气管13及外管空气进气管12。
[0032]内管燃料进气管16、内管空气进气管15、外管燃料进气管13及外管空气进气管12进入的是固定流量的燃料和空气,以确保预混合燃料满足点火和实验要求。
[0033]本发明的工作原理:甲烷和空气分别从内管燃料进气管16及内管空气进气管15—左一右地进入内底座内管10中,二甲醚和空气分别从外管燃料进气管13及外管空气进气管12—左一右地进入底座外管11中,分别绕过管路形成对流,进行第一步的混合;甲烷/空气混合气经过内层金属孔板8、二甲醚/空气混合气经过外层金属孔板9,由于金属孔板对稳定气团的破坏作用,使燃料和空气混合形成预混气进行程度更大的预混;甲烷/空气混合气、二甲醚/空气混合气在较长的内管4、外管5中充分扩散混合,形成均匀预混合气;甲烷/空气混合气、二甲醚/空气混合气进入双层旋流器2内层区域、外层区域中,由于扇叶的作用以及惯性作用,形成稳定的旋转湍流气流,并进入可视化方形燃烧室I中;旋转湍流气体进入可视化方形燃烧室I中,点火形成稳定的火焰,以进行相应的激光诊断实验。
[0034]以上已以较好的实施例公布本发明,然而并非用来限制本发明,凡是采取同等替换或等效变换的方法或技术方案均在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,燃烧器顶端设有可视化方形燃烧室(I),所述可视化方形燃烧室(I)底端中心位置设有双层旋流器(2)并通过焊接密封固定,所述双层旋流器(2)与燃料及空气流入掺混装置A连接; 所述双层旋流器(2)为金属3D打印部件,其具有8个周向均匀布置的螺旋扇叶,且双层旋流器(2)内圈长、外圈短;所述双层旋流器(2)中心套接中心支撑管(3)顶端并用密封专用胶水密封,所述双层旋流器(2)有内外两层空间,内层套接内管(4)顶端并用密封专用胶水密封,外层套接外管(5)顶端并用密封专用胶水密封; 所述燃料及空气流入掺混装置A包括底座内管(10)、底座外管(11)、外管空气进气管(12)、外管燃料进气管(13)、外层密封板(14)、内管空气进气管(15)、内管燃料进气管(16)及内层密封板(17); 所述内管(4)底端通过螺纹与底座内管(10)顶端连接,并通过内层密封垫圈(6)进行密封;所述外管(5)底端通过螺纹与底座外管(11)顶端连接,并通过外层密封垫圈(7)进行密封; 所述底座内管(10)从底座外管(11)底端伸出,且所述底座外管(11)底端与底座内管(10)之间通过外层密封板(14)密封;所述中心支撑管(3)从底座内管(10)底端伸出,且所述底座内管(10)底端与中心支撑管(3)之间通过内层密封板(17)密封; 所述底座内管(10)下端左右两侧对称焊接内管燃料进气管(16)及内管空气进气管(15);所述底座外管(11)下端左右两侧对称焊接外管燃料进气管(13)及外管空气进气管(⑵。2.根据权利要求1所述的一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,所述的可视化方形燃烧室(I)的内部空间为0.5m3。3.根据权利要求1所述的一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,所述双层旋流器(2)周向旋转120°,且其径向的每个切面上扇叶的截面均在双层旋流器(2)圆柱面的法向上。4.根据权利要求1所述的一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,所述内管(4)与外管(5)的管道长1.2m。5.根据权利要求1所述的一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,所述内管⑷与外管(5)、底座内管(10)与底座外管(11)组成的预混空间高度均在1.5m以上。6.根据权利要求1所述的一种带有双旋转入流通道可用于多燃料掺混燃烧现象研究的燃烧器,其特征在于,所述燃料及空气流入掺混装置A中还包括内层金属孔板(8)、外层金属孔板(9),所述内管(4)和底座内管(10)之间安装有内层金属孔板(8),所述外管(5)和底座外管(11)之间安装有外层金属孔板(9)。
【文档编号】F23D17/00GK106090921SQ201610461453
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】王平, 王蔡军, 贾晓光, 侯天增, 杜雨轩, 金晓声
【申请人】江苏大学
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