一种带有声音激励系统的可视化燃烧试验装置的制作方法

本发明涉及一种带有声音激励系统的可视化燃烧试验装置，可普遍适用于开展多种燃烧模式、多种燃气掺混燃烧及各种声音激励下燃烧状态的实验研究。

背景技术：

当前对湍流火焰特性的研究中，燃气与空气的预混合程度及湍流与火焰之间复杂的相互作用问题对燃烧装置的特性具有非常重要的影响，迫切需要对它们开展精确的实验测量研究。国内在针对声音激励下湍流旋转部分预混火焰的实验研究方面经验不足，尤其是缺少功能完善、精确可控的基准燃烧试验台装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带有声音激励系统的可视化燃烧试验装置。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种带有声音激励系统的可视化燃烧试验装置，包括可视化圆柱形燃烧室，所述可视化圆柱形燃烧室的材质为石英管，所述外管旋流通道与内管旋流通道位于可视化圆柱形燃烧室下方，所述可视化圆柱形燃烧室、外管旋流通道均与可视化燃烧室底座连接，所述可视化圆柱形燃烧室与可视化燃烧室底座是直接压紧，所述外管旋流通道与可视化燃烧室底座是螺纹连接；所述内管旋流通道的中心连接中央管道，所述内管的底部安装有铝箔蜂窝孔板；第一外管进气管和第二外管进气管通过宝塔头焊接与外管连接；所述内外管底座与腔室通过榫卯和螺栓进行密封连接；所述中央管道和中央进气管通过带有锥螺纹的特氟龙弯管密封连接；所述中央进气管道穿过腔室，螺纹密封装置对腔室和中央进气管道的接缝处进行密封；第一腔室进气管和第二腔室进气管通过宝塔头焊接与腔室贯通；腔室通过螺栓与腔室底座进行连接；腔室多孔板通过螺栓与专用扬声器进行连接；专用扬声器通过螺栓与腔室底座进行连接；专用功放通过信号线与专用扬声器接通，波形发生器通过数据线与专用功放连接。

进一步的，所述腔室为底部直径146mm的大腔室。

进一步的，所述内管和外管的管道长均为300mm。

进一步的，所述外管旋流通道加工有外部锥螺纹，所述外管加工有内部锥螺纹，相应的螺纹彼此配合。

进一步的，所述内管旋流通道加工有外部锥螺纹，所述内管加工有内部锥螺纹，相应的螺纹彼此配合。

进一步的，所述外管与内管底部均加工有外部锥螺纹，所述内外管底座加工有相应的内锥螺纹，相应的螺纹彼此配合。

进一步的，所述内外管底座与腔室接触的地方均为台阶状接口，并用密封胶水和螺栓连接。

进一步的，所述外管旋流通道和内管旋流通道略高于可视化圆柱形燃烧室的底部。

进一步的，所述铝箔蜂窝孔板通过宝塔头焊接于内管和中央管道之间。

进一步的，所述专用扬声器直径与腔室多孔板对应。

与现有技术相比，本发明带有声音激励系统的可视化燃烧试验装置的有益效果是：采用三层圆管状结构设计，且中间层和外层结构十分相似，中间层(即内管)与内层(即中央管道)通过小孔相互关联，通过调整开孔位置从而达到不同的预混合效果，可根据实际需求设计单层或双层火焰实验，可以根据需要开展多种燃料气体的掺混燃烧实验，达到理想的部分预混/预混/非预混和旋流效果的同时，与其他测量与检测仪器能很好地配合使用；该装置另一特色是下方的大腔室设计，满足气体充分预混功效的同时，提供充足空间对扬声器产生的激振进行良好共振反应，能满足不同自激状态下火焰燃烧参数测量要求，设计新颖，便于加工，工作可靠。另外旋流通道由3d打印加工，几何精度高，成本合理，易于拆卸及更换不同规格的部件，用途广泛。并且可以根据实验具体要求进行相应参数的变化，对湍流旋转燃烧的研究有巨大的帮助，为国内开展声音激励湍流燃烧的实验提供一个基准燃烧器。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图。

图2是外管旋流通道的结构示意图。

图3是内管旋流通道的结构示意图。

图4是腔室的结构示意图。

图中，1、可视化圆柱形燃烧室，2、外管旋流通道，3、内管旋流通道，4、中央管道，5、外管，6、内管，7、第一外管进气管，8、第二外管进气管，9、铝箔蜂窝孔板，10、内外管底座，11、腔室，12、特氟龙弯管，13、中央进气管，14、螺纹密封装置，15、第一腔室进气管，16、第二腔室进气管，17、腔室底座，18、腔室多孔板，19、专用扬声器，20、专用功放，21、波形发生器，22、可视化燃烧室底座，23、信号线，24、数据线。

具体实施方式

请参阅图1至图4，一种带有声音激励系统的可视化燃烧试验装置，包括可视化圆柱形燃烧室1，可视化圆柱形燃烧室1的材质为石英管，外管旋流通道2与内管旋流通道3位于可视化圆柱形燃烧室1下方，可视化圆柱形燃烧室1、外管旋流通道2均与可视化燃烧室底座22连接，可视化圆柱形燃烧室1与可视化燃烧室底座22是直接压紧来保证密封，外管旋流通道2与可视化燃烧室底座22是螺纹连接；内管旋流通道3的中心连接中央管道4，外管旋流通道2通过锥螺纹连接外管5，内管旋流通道3通过锥螺纹连接内管6；外管5与内管6皆通过锥螺纹与内外管底座10连接；内管6的底部安装有铝箔蜂窝孔板9；第一外管进气管7和第二外管进气管8通过宝塔头焊接与外管5连接；内外管底座10与腔室11通过榫卯和螺栓进行密封连接；中央管道4和中央进气管13通过带有锥螺纹的特氟龙弯管12密封连接；中央进气管道13穿过腔室11，螺纹密封装置14对腔室11和中央进气管道13的接缝处进行密封；第一腔室进气管15和第二腔室进气管16通过宝塔头焊接与腔室11贯通；腔室11通过螺栓与腔室底座17进行连接；腔室多孔板18通过螺栓与专用扬声器19进行连接；专用扬声器19通过螺栓与腔室底座17进行连接；专用功放20通过信号线23与专用扬声器19接通，波形发生器21通过数据线24与专用功放20连接。

腔室11为底部直径146mm的大腔室，可以保证气流在其中达到充分混合状态的同时，保证足够空间对扬声器产生的激振进行良好共振反应，形成稳定震荡。

内管5和外管6的管道长均为300mm，可以保证气流在其中达到充分发展的湍流状态。

第一外管进气管7和第二外管进气管8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。

第一腔室进气管15和第二腔室进气管16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。

外管旋流通道2加工有外部锥螺纹，外管5加工有内部锥螺纹，相应的螺纹彼此配合，最大程度的保证密封性。

内管旋流通道3加工有外部锥螺纹，内管6加工有内部锥螺纹，相应的螺纹彼此配合，最大程度的保证密封性。

外管5与内管6底部均加工有外部锥螺纹，内外管底座10加工有相应的内锥螺纹，相应的螺纹彼此配合，最大程度的保证密封性。

内外管底座10在打印设计时，与腔室11接触的地方均设计了台阶状接口，并用密封胶水和螺栓连接，保证密封性。

外管旋流通道2和内管旋流通道3略高于可视化圆柱形燃烧室的底部，便于光路进入及激光诊断实验。

可视化圆柱形燃烧室1与可视化燃烧室底座22通过直接压紧来保证密封；外管旋流通道2与可视化燃烧室底座22通过螺纹连接。

铝箔蜂窝孔板9通过宝塔头焊接于内管6和中央管道4之间，确保对气流产生足够的弥散效果。

中央管道4与中央进气管13加工有外锥螺纹，特氟龙弯管12两头加工有内锥螺纹，相应的螺纹彼此配合，保证密封性。

腔室11与腔室底座17加工有8个对应螺栓孔，腔室底座17与专用扬声器19加工有8个对应螺栓孔，总共16处螺栓连接，保证密封。

专用扬声器19直径与腔室多孔板18对应，保证气流对声波激励的良好响应；专用功放20通过信号线23与专用扬声器19接通，波形发生器21通过数据线24与专用功放20连接，稳定准确传达pc端指令。

本发明的工作原理：

波形发生器21通过专用功放20使扬声器19产生特定频率、波形与幅值的声音激振波，对整体燃烧器施加“自激”效果。燃料和空气分别从第一外管进气管7和第二外管进气管8一左一右地进入外管5中，分别绕过管路形成对流进行第一步的混合；燃料和空气分别从第一腔室进气管15和第二腔室进气管16一左一右地进入腔室11中，分别绕过腔室中心空间形成对流进行第一步的混合。腔室混合气体经过铝箔蜂窝孔板9，对气流进行整流，使得其变得更顺畅、均匀。内、外管道内的混合气在各自管道内进行混合，得到不同混合程度的混合燃气。氢气、一氧化碳、甲烷可从中央进气管13进入中央管道4，随后可从中央管道4的侧壁开孔处进入内管6，与来流的混合程度可以通过改变开孔位置的高低来调节，实现不同程度的部分预混合燃烧模式；或者选择在中央管道4顶部开孔，使得燃气从顶端直接进入可视化圆柱形燃烧室1，获得非预混燃烧模式。外管5中的混合气体进入外管旋流通道2中，内管6中的混合气体进入内管旋流通道3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，并进入可视化圆柱形燃烧室1中。稳定的旋转湍流气体进入可视化圆柱形燃烧室1中，进行点火，并进行相应的观察与激光诊断测量。可视化圆柱形燃烧室1可调节直径与长度，测试燃烧室对不同声音激振频率的响应特性。外管旋流通道2和内管旋流通道3出略口高于可视化圆柱形燃烧室1的底部，便于光路进入及激光诊断实验。可视化圆柱形燃烧室1为一顶端开口的半密封装置，其壁面上可安装压力监测装置，其顶端可安装尾气处理装置。

本发明采用三层圆管状结构设计，且中间层和外层结构十分相似，中间层(即内管)与内层(即中央管道)通过小孔相互关联，通过调整开孔位置从而达到不同的预混合效果，可根据实际需求设计单层或双层火焰实验，可以根据需要开展多种燃料气体的掺混燃烧实验，达到理想的部分预混/预混/非预混和旋流效果的同时，与其他测量与检测仪器能很好地配合使用；该装置另一特色是下方的大腔室设计，满足气体充分预混功效的同时，提供充足空间对扬声器产生的激振进行良好共振反应，能满足不同自激状态下火焰燃烧参数测量要求，设计新颖，便于加工，工作可靠。另外旋流通道由3d打印加工，几何精度高，成本合理，易于拆卸及更换不同规格的部件，用途广泛。并且可以根据实验具体要求进行相应参数的变化，对湍流旋转燃烧的研究有巨大的帮助，为国内开展声音激励湍流燃烧的实验提供一个基准燃烧器。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。