具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置及其方法与流程

本发明属于燃料燃烧特性研究领域，具体涉及一种具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置及其方法。

背景技术：

层流燃烧是湍流燃烧过程的重要子过程，对燃料层流燃烧特性的研究是掌握其燃烧性能的重要手段。层流燃烧研究具有试验及测试过程火焰结构较简单稳定、参数控制方便等优点，可用于反应燃料层流燃烧速度、点火能量、浓度着火界限及燃料滞燃期等多种燃烧特性参数。其中，层流燃烧速度可用于燃料燃烧机理的验证以及湍流燃烧速度的数值仿真等，是针对新燃料设计燃烧器及专用发动机等设备的重要参考数据。因此，准确的层流燃烧速度是实现燃烧器和发动机高校清洁燃烧的重要保证。

在众多研究燃料层流燃烧特性的方法中，定容燃烧弹法因其模型简单，数据处理方便，初始条件易于控制，是目前最合适的方法。定容燃烧弹通常是一个圆柱形或类正方体的容器，两侧有一对石英玻璃视窗便于光线通过，周围布置了燃料注入阀，加热装置，电极丝，热电偶，压力表。进行试验时，首先根据当量比将一定量的燃料和空气注入定容燃烧弹内，用加热装置将其加热到所需要的温度，待燃料和气体完全均匀混合后，利用电极丝放电将混合气体点燃，同时由高速纹影成像系统记录点火后火焰前锋的变化。通过纹影图片，可以计算出燃料的层流燃烧速度、马克斯坦长度等层流燃烧特性参数。

该方法目前存在两个不足之处：1)燃料燃烧过程中，定容燃烧弹内部压力会急剧升高，对试验的安全性有较大的影响，因此需要装置材料有良好的耐高压性能；2)在数据处理过程中，通常需要选取燃烧初始阶段压力恒定范围内的数据来计算层流燃烧速度，但是由于压力保持恒定的时间过短，给试验数据的选取造成了一定的困难。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置及其方法。

本发明的技术方案如下：

一种具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置包括定容燃烧弹、电极丝、高速纹影成像系统、热电偶、压力表、四通气动接头、总四通气动接头、高压胶管、中间高压胶管、总高压胶管、先导式安全阀、压力箱、加热装置、燃料注入阀；

定容燃烧弹为正方体，除了开有视窗的两个面外，其余四个面均设置四个内螺纹孔，高压胶管通过内螺纹孔和定容燃烧弹连接，每个面的四根高压胶管通过一个四通气动接头和一根中间高压胶管连接，与四个四通气动接头连接的四根中间高压胶管通过一个总四通气动接头和一根总高压胶管连接，总高压胶管和压力箱连接，与定容燃烧弹直接连接的每一根高压胶管上均装有先导式安全阀，定容燃烧弹上装有燃料注入阀、压力表和热电偶，压力箱上装有压力表；加热装置布置在定容燃烧弹四周的壁面上，电极丝水平布置在正对的两个面上，且布置方向与视窗方向垂直，高速纹影成像系统的光路通过定容燃烧弹的视窗。

优选的，先导式安全阀的整定压力是定容燃烧弹初始压力的105％。

优选的，所述的压力箱为长方体，定容燃烧弹内燃料点火前，向压力箱内充氮气，它的初始压力和定容燃烧弹中初始压力相同。

优选的，所述的开有视窗的两个面为定容燃烧弹上正对的两个面。电极丝可以是铂金电极丝。

所述的具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置的方法是：工作时，根据所需要的燃空当量比，通过燃料注入阀向定容燃烧弹内通入燃料和空气，并使用加热装置将定容燃烧弹内温度加热到目标温度，待燃料和空气形成均匀的混合气后，通过电极丝产生的电火花将混合气点燃，随着定容燃烧弹内压力的上升，原先关闭的先导式安全阀将会自动打开，使得定容燃烧弹内部的压力稳定在初始压力的101±1％，达到稳压的效果，保证实验能够安全的进行；用高速纹影系统记录下火焰前锋随时间变化的图像，从而可以对液体燃料的层流燃烧特性进行研究。

本发明所述的高速纹影成像系统用于记录火焰前锋随时间变化的图像，可以是本领域技术人员根据纹影技术的基本原理搭建的装置也可以是市面上可以购买到的纹影成像系统，一般包括高速摄影机、光源、纹影镜、刀口机构。

本发明与现有技术相比，所具有的有益效果是：定容燃烧弹内点火后，高压胶管上的先导式安全阀会在压力上升时自动打开，使得容器内部的压力迅速稳定，保证了整个实验过程的安全性。同时，恒压时间段的增加扩大了试验数据的选取范围，给数据处理过程带来了便利。

附图说明

图1是本发明的具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置的结构示意图。

图中，1代表高速纹影成像系统，2代表加热装置，3代表热电偶，4代表先导式安全阀，5代表四通气动接头，6代表定容燃烧弹，7代表高压胶管，8代表电极丝，9代表压力表，10代表压力箱，11代表燃料注入阀，12代表中间高压胶管，13代表总高压胶管，14代表总四通气动接头。

具体实施方式

如图1所示，一种具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置包括定容燃烧弹6、电极丝8、高速纹影成像系统1、热电偶3、压力表9、四通气动接头5、总四通气动接头14、高压胶管7、中间高压胶管12、总高压胶管13、先导式安全阀4、压力箱10、加热装置2、燃料注入阀11；

定容燃烧弹6为正方体，除了开有视窗的两个面外，其余四个面均设置四个内螺纹孔，高压胶管7通过内螺纹孔和定容燃烧弹连接，每个面的四根高压胶管7通过一个四通气动接头5和一根中间高压胶管12连接，与四个四通气动接头5连接的四根中间高压胶管通过一个总四通气动接头14和一根总高压胶管13连接，总高压胶管13和压力箱10连接，与定容燃烧弹6直接连接的每一根高压胶管7上均装有先导式安全阀4，定容燃烧弹6上装有燃料注入阀11、压力表9和热电偶3，压力箱10上装有压力表9；加热装置2布置在定容燃烧弹6四周的壁面上，电极丝8水平布置在正对的两个面上，且布置方向与视窗方向垂直，高速纹影成像系统1的光路通过定容燃烧弹6的视窗。

在实施例1的基础上，先导式安全阀4的整定压力是定容燃烧弹初始压力的105％。

再本发明的另一个实施例中，所述的压力箱10为长方体，定容燃烧弹6内燃料点火前，向压力箱10内充氮气，它的初始压力和定容燃烧弹6中初始压力相同。

再本发明的另一个实施例中，所述的开有视窗的两个面为定容燃烧弹6上正对的两个面。电极丝8采用铂金电极丝。

所述的具有稳压功能的测量液体燃料层流燃烧速度的实验装置的方法是：工作时，根据所需要的燃空当量比，通过燃料注入阀11向定容燃烧弹6内通入燃料和空气，并使用加热装置2将定容燃烧弹6内温度加热到目标温度，待燃料和空气形成均匀的混合气后，通过电极丝8产生的电火花将混合气点燃，随着定容燃烧弹6内压力的上升，原先关闭的先导式安全阀4将会自动打开，使得定容燃烧弹6内部的压力稳定在初始压力的101±1％，达到稳压的效果，保证实验能够安全的进行；用高速纹影系统1记录下火焰前锋随时间变化的图像，从而可以对液体燃料的层流燃烧特性进行研究。