用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，包括实验台主体、玻璃隔板、风机、滑轮、砝码、托盘、钢丝线、蜡烛、小车、挡风板和摄像机，其中，小车置于实验台主体的小车轨道上，蜡烛和挡风板固定在小车上，钢丝线一端钩在小车前端，另一端绕过5组滑轮后勾住托盘，砝码置于托盘中；两块玻璃隔板水平安装在实验台主体的中部，实验台主体长度方向的两端为开口，风机位于其中一端的开口旁，摄像机用于拍摄实验过程。本发明结构简单，操作灵活，所得实验数据真实可靠。采用本发明可研究移动火源扩散火焰结构的静态特征、动态特征，为研究移动火源火焰结构内在的物理本质和规律提供了实验基础。
【专利说明】用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及火焰特征测试装置，具体涉及用于非线性图像处理法研究体积力对火焰特征影响实验装置。
[0002]
【背景技术】
[0003]移动火源燃烧所引起的周围空气的湍动强度受火源运动速度和燃烧强度的双重影响，结果将导致移动火源的火焰结构变得更加复杂。目前，仍未能从理论上清晰了解移动火源火焰结构内在的物理本质和规律，也未有表征其火焰面结构的数学模式。近几年来，国内外有许多学者针对火焰结构特征，采用计算流体力学(CFD)的方法进行过多方面的研究，但研究的火焰几乎均是由静止火源燃烧引起的，对有外界风存在或移动火源运动产生的火焰，火焰结构特征的研究还比较薄弱。
[0004]针对体积力对火焰特征的影响，已有的研究主要集中在微重力环境下火焰的实验和模拟，部分学者也对加速度a>lg所产生的体积力引起的火焰结构特征作过研究。与常规重力场下湍流火焰结构不同的是，在强体积力下火焰传播主要依靠体积效应和界面效应产生的“焰泡”迁移增大其传播速度，导致其火焰结构发生较大变化。为获得这些变化规律，多位学者建立了相应的实验系统。George D.Lewis等人(George D.Lewis.Combust1nin a centrifugal-force field[J].Symposium (Internat1nal) on Combust1n, 1971,13 (I):625?629 ;Shinsuke Ono, Eiichi Murase, Hideaki Kawano et al.Disturbedflame propagat1n in the centrifugal accelerat1n environment[A].Memoirs ofthe Faculty of Engineering[C], Kyushu University, 1992)通过从中部旋转一个封闭长管，在管中产生一个离心体积力场，通过该装置来测量管中的预混燃烧火焰的传播速度。Shinsuke Ono 等人(Cha M S，Kim H G, Chung S H.Boundary-velocit y gradient andpremixed flame blow off in U-bend tubes with secondary flow[J].Combust1n andFlame, 2003, 132:60f609)设计了一种盘形燃烧室以带动燃气旋转，从而产生离心体积力场，并研究了火焰的传播与熄灭。Cha等M则使用弯曲管道来模拟离心体积力场，并研究预混火焰的燃烧稳定性。我国吴晋湘教授等人(吴晋湘，王恩宇，刘联胜，闰运忠.体积力场对预混火焰面形状的影响[J].燃烧科学与技术，2005，1U6):535?538)介绍了一种可产生大于Ig体积力的燃烧实验系统，并利用摄像法，分析了体积力对预混火焰面的影响。
[0005]然而，已有的这类研究其研究对象一火源点是静止不动，许多实际燃烧下，也会发生火源运动工况下的扩散燃烧。因此，本发明提供一种能用于非线性图像处理法研究体积力对火焰特征影响实验装置。本发明通过实验模拟发现实验过程中附加湍动也会对火焰产生影响。蜡烛运动时，外部气流对蜡烛的作用过程会由于蜡烛本身或烛芯是固体而对周围空气产生附加湍动，为消除这种附加湍动对火焰特征的影响，特设计此装置。
[0006]
【发明内容】
本发明的目的在于解决上述【背景技术】中的问题，提供用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置。
[0007]用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其包括实验台主体、玻璃隔板、风机、滑轮、砝码、托盘、钢丝线、蜡烛、小车、挡风板和摄像机，其中，小车置于实验台主体内底部中央的小车轨道上，蜡烛和挡风板固定在小车上，钢丝线一端钩在小车前端，另一端绕过5组滑轮后勾住托盘，砝码置于托盘中，通过改变托盘中的砝码数量改变小车受力进而控制小车的运动状态；两块玻璃隔板水平安装在实验台主体的中部，两玻璃隔板之间的间隔为供火焰移动的通道，实验台主体长度方向的两端为开口，风机位于其中一端的开口旁，摄像机置于实验台主体外部，用于拍摄实验过程。
[0008]进一步优化实施的，所述的实验台主体为长方体风洞，由透明玻璃组合而成，为移动火焰的燃烧空间，除两端开口外其余侧面均为封闭，并在高度方向的中间部位被所述两块玻璃隔板分开，以将腊烛上方的火焰部分与腊烛本体隔开。
[0009]进一步优化实施的，所述玻璃隔板长度等于长方体风洞长度，两玻璃隔板间距为5cm。
[0010]进一步优化实施的，所述的风机出风口位于玻璃隔板上方，以保证从风机出来的风大部分进入实验台主体上半部空间，由此观察到蜡烛火焰在该风速下的结构特征。
[0011]进一步优化实施的，所述的小车轨道长度方向与长方体风洞断面垂直，位于底部中央。
[0012]进一步优化实施的，所述的挡风板宽度与两块玻璃隔板之间的间距相等，挡风板包括上端的水平部分和下端的竖直部分，竖直部分固定安装在小车上，水平部分与竖直部分连接形成倒L形结构，水平部分的宽度与两块玻璃隔板之间的间距相等，水平部分的长度为5?25cm，水平部分紧靠两块玻璃隔板，小车运动时，挡风板上端的水平部分在两块玻璃隔板间的通道内运动，其作用在于避免从实验台主体下半部分风洞的风遇到小车、蜡烛以及烛芯固体部分对周围空气产生附加湍动发生边界层分离，导致风向火焰部分偏移，确保只有上半部风洞空间的风速才会对火焰结构特征产生影响。
[0013]进一步优化实施的，所述的摄像机为数码高清摄像机，用于对火焰进行全程拍摄。
[0014]本发明与现有实验方法与装置相比，其有益的显著效果在如下方面:
1、本发明实验装置结构简单，操作灵活，原理直观易懂，所得实验数据可靠。
[0015]2、在火源可移动燃烧情形下，便于对体积力对火焰结构特征影响的研究，以更好地分析火源在不同运动条件下，体积力对火焰特征的影响。
[0016]3、采用高清摄像机记录实验,能够更清晰地反映火焰结构特征。
[0017]4、与传统的同类型实验装置相比，本实验装置既可测试分析匀速直线运动的火焰、相对速度为O时的火焰特征；也可以分析在一定加速度下，体积力对移动火源火焰特征的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为实例中用于非线性图像处理法研究体积力对火焰特征影响实验装置的结构示意图。
[0019]图2为实例中用于非线性图像处理法研究体积力对火焰特征影响实验装置的俯视图。
[0020]图中:1-实验台主体；2_玻璃隔板；3-风机；4_滑轮；5_砝码；6-托盘；7_钢丝线；8_腊烛；9_小车；10_挡风板；11_摄像机；L_挡风板的长度；W_挡风板的宽度。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。以下未特别详细说明的过程均是本领域技术人员可参照现有技术进行的。
[0022]如图1，为用于非线性图像处理法研究体积力对火焰特征影响实验装置的结构示意图，包括实验台主体1、玻璃隔板2、风机3、滑轮4、砝码5、托盘6、钢丝线7、蜡烛8、小车
9、挡风板10和摄像机11。实验台主体I为长方体风洞，由透明玻璃组合而成，为移动火源提供燃烧空间。实验台主体I四周封闭，两端开放，并在中间截面处被玻璃隔板2分开，以消除蜡烛运动时对火焰部分产生影响。在实验台主体I底部中央设有一条轨道，小车9置于轨道上，由钢丝线7牵引实现直线运动。钢丝线7绕过5组滑轮4勾住托盘6，可通过改变托盘6中的砝码5数量，改变小车9所受到的牵引力的大小，从而实现小车9的匀速运动与加速运动。实验过程中，小车9上固定着蜡烛8、挡风板10，当小车9移动时，蜡烛8和挡风板10保持与小车9同样的速度移动。风机3出口高度与实验台主体I上半部分等高，以保证从风机出来的风大部分进入实验台主体I上半部分。
[0023]参见图2，玻璃隔板2为两块玻璃薄板，其长度等于实验风洞长度，两块玻璃隔板2的间距约为5cm。两块玻璃隔板2置于同一平面安装在实验台主体I的中间截面处，两玻璃隔板2的间距为蜡烛8的火焰移动通道，挡风板10宽度与玻璃隔板2间距相等，小车9运动时，挡风板10上端在玻璃隔板2间的通道内运动。
[0024]实验时，蜡烛8、挡风板10固定在小车9上，当小车9移动时，蜡烛8和挡风板10保持与小车9同样的速度移动，改变托盘6中的砝码5数量，小车9受到钢丝线7的牵引力也发生改变。从而，小车9直线运动的加速度也发生改变，这样就能研究在一定加速度下，体积力对移动火源火焰特征的影响；当牵引力与小车所受摩擦力大小相同、方向相反时，令小车初速度％等于风速^从而研究匀速直线运动的火焰与风的相对速度为O时，体积力对移动火源火焰特征的影响。
[0025]实验时，需选择适当长度的蜡烛8，以保证蜡烛8点燃后火焰大部分出现在玻璃隔板2以上的空间内，同时也要保证蜡烛的固体部分不会出现在玻璃隔板2以上的空间内。
[0026]实验时，全过程采用摄像机11摄像记录，后期通过非线性图像处理技术处理摄像信息，便可清楚的分析出不同体积力下，移动火源产生的火焰结构与形貌的变化规律。
[0027]采用本实验装置的实施举例:
1、匀速运动火焰结构特征:实验时，点燃蜡烛8，启动风机3，将一定数量的砝码5放入托盘6中，使砝码5的总重等于小车9运动时所受的摩擦力，给小车9 一个初速度tv开启摄像机11记录此时移动火源火焰特征变化的全过程。
[0028]2、相对静止火焰结构特征:实验时，点燃蜡烛8，启动风机3，令6等于风机3产生的风速，但方向相反。小车9开始移动，同时开启摄像机11记录匀速直线运动的火焰与风的相对速度为O时，体积力对移动火源火焰特征影响的全过程。
[0029]3、匀加速运动火焰结构特征:实验时，点燃蜡烛8，启动风机3，当砝码5总重大于小车9运动的摩擦力时，小车9将以加速度a做匀加速直线运动，开启摄像机11记录一定加速度下，体积力对移动火源火焰特征的影响的全过程。
[0030]4、静止火焰结构特征:脱开钢丝线7与小车9之间的连接，点燃蜡烛8，启动风机3，开启摄像机11，测量风机3产生不同风速时的火焰结构特征的全过程。
[0031]如上即可较好的实现本发明并取得所述的技术效果。
【权利要求】
1.用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于包括实验台主体(I)、玻璃隔板⑵、风机⑶、滑轮⑷、砝码(5)、托盘(6)、钢丝线(7)、蜡烛⑶、小车(9)、挡风板(10)和摄像机(11)，其中，小车(9)置于实验台主体⑴内底部中央的小车轨道上，蜡烛(8)和挡风板(10)固定在小车上，钢丝线(7) —端钩在小车(9)前端，另一端绕过5组滑轮(4)后勾住托盘￠)，砝码(5)置于托盘￠)中，通过改变托盘￠)中的砝码(5)数量改变小车(9)受力进而控制小车的运动状态；两块玻璃隔板(2)水平安装在实验台主体(I)的中部，两玻璃隔板(2)之间的间隔为供火焰移动的通道，实验台主体(I)长度方向的两端为开口，风机(3)位于其中一端的开口旁，摄像机(11)置于实验台主体(I)外部，用于拍摄实验过程。
2.根据权利要求1所述的用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于:所述的实验台主体(I)为长方体风洞，由透明玻璃组合而成，为移动火焰的燃烧空间，除两端开口外其余侧面均为封闭，并在高度方向的中间部位被所述两块玻璃隔板(2)分开，以将蜡烛(8)上方的火焰部分与蜡烛本体隔开。
3.根据权利要求2所述的用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于:所述玻璃隔板(2)长度等于长方体风洞长度，两玻璃隔板(2)间距为5cm。
4.根据权利要求1所述的用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于:所述的风机(3)出风口位于玻璃隔板(2)上方，以保证从风机出来的风大部分进入实验台主体(I)上半部空间，由此观察到蜡烛(8)火焰在该风速下的结构特征。
5.根据权利要求2所述的用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于:所述的小车轨道长度方向与长方体风洞断面垂直，位于底部中央。
6.根据权利要求1所述的用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于:所述的挡风板(10)宽度与两块玻璃隔板(2)之间的间距相等，挡风板(10)包括上端的水平部分和下端的竖直部分，竖直部分固定安装在小车上，水平部分与竖直部分连接形成倒L形结构，水平部分的宽度与两块玻璃隔板(2)之间的间距相等，水平部分的长度为5?25cm，水平部分紧靠两块玻璃隔板(2)，小车(9)运动时，挡风板(10)上端的水平部分在两块玻璃隔板(2)间的通道内运动。
7.根据权利要求1所述的用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置，其特征在于:所述的摄像机(11)为数码高清摄像机，用于对火焰进行全程拍摄。
【文档编号】G01M9/00GK104236843SQ201410464902
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】龙新峰, 张雪琴, 楼波 申请人:华南理工大学