燃烧强度可调的燃油液滴燃烧系统

1.本发明属于燃油液滴燃烧研究技术领域，具体涉及一种燃烧强度可调的燃油液滴燃烧系统。


背景技术：

2.燃油作为一种工业燃料，在人类工业生产和生活中扮演重要角色。燃油的用途很广泛，如发动机中用于热能和机械能转换从而提供动力，钢铁行业中用于加热炉，电力行业中用于燃油发电。基于不同的用途，所用燃油种类也不同。燃油燃烧无论作为动力还是热源供应，其热效率都不是百分之百的，存在能量损失，不完全燃烧还会生成污染物。因此，科学家一直致力于燃油的开发利用，旨在提高燃烧效率，减少污染物排放。
3.人类对燃烧的研究持续了几百年，仍未探清其机理。以往对燃油燃烧的研究，利用先进的测试手段，从分析其化学成分以及物理特性，到分析其燃烧时的发光发热特征，从而完成对燃油品质的全过程研究。而着眼于燃油液滴在滴落过程中发生的燃烧研究却甚少，因为这个过程是动力学过程和燃烧学过程的结合，比单纯的燃烧过程更为复杂，可研究燃油在动态过程中的燃烧机理，从而丰富对燃油品质的研究。因此，有必要设计一种能实现油滴在动态滴落过程中燃烧的实验系统。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题：提供一种燃烧强度可调的燃油液滴燃烧系统，本发明适用于燃油动态燃烧特征研究，采用高速光学测试手段，通过观察燃油液滴动态滴落过程中燃烧时的滞燃期、光亮度及火焰颜色等燃烧信息，研究燃油在特定物理特性下动态发展过程中的燃烧特性，进而评价燃油的品质。
5.本发明采用的技术方案：燃烧强度可调的燃油液滴燃烧系统，包括配气系统、流量调节系统、燃烧器、冷却系统，所述配气系统包括丙烷供气瓶、氧气供气瓶、空气供气瓶、储气罐，所述储气罐瓶口处设有储气罐截止阀，所述丙烷供气瓶瓶口依次通过丙烷气瓶截止阀和丙烷供气减压阀与储气罐的储气罐截止阀连接，所述氧气供气瓶依次通过氧气瓶截止阀和氧气供气减压阀与储气罐的储气罐截止阀连接，所述空气供气瓶依次通过空气瓶截止阀和空气供气减压阀与储气罐的储气罐截止阀连接；
6.所述流量调节系统包括储气罐供气减压阀和针阀，所述储气罐的储气罐截止阀依次通过储气罐供气减压阀和针阀与燃烧器的进气接口连接，所述冷却系统与燃烧器的进水接口和回水接口连接用于对燃烧器工作时进行循环冷却；
7.所述配气系统通过对各截止阀和供气减压阀的顺序开关操作按照压力由低到高分别将丙烷、氧气和空气贮存于储气罐中完成可燃混合气的配气操作，所述流量调节系统用于对由储气罐输送给燃烧器的可燃混合气进行无级流量调节，进入所述燃烧器的可燃混合气点燃后形成均质稳定火焰，从中心管下落的燃油液滴在靠近火焰附近下方完成油滴燃烧过程；
8.对上述技术方案的进一步限定，所述丙烷供气瓶瓶口连接丙烷气瓶截止阀，所述丙烷气瓶截止阀通过软管与丙烷供气减压阀连接，所述丙烷供气减压阀通过软管与储气罐截止阀连接，所述氧气供气瓶瓶口连接氧气瓶截止阀，所述氧气瓶截止阀通过软管与氧气供气减压阀连接，所述氧气供气减压阀通过软管与储气罐截止阀连接，所述空气供气瓶瓶口连接空气瓶截止阀，所述空气瓶截止阀通过软管与空气供气减压阀连接，所述空气供气减压阀通过软管与储气罐截止阀连接，所述储气罐截止阀通过软管与储气罐供气减压阀连接，所述储气罐供气减压阀通过软管与针阀连接。
9.对上述技术方案的进一步限定，所述燃烧器包括燃烧器腔体，所述燃烧器腔体分为通液腔和通气腔，所述冷却系统包括电动泵和水箱，所述端盖将通液腔封盖，所述进水接口设于通液腔进水一端，所述回水接口设于通液腔回水一端，所述进水接口与电动泵连接，所述电动泵从水箱中抽吸冷却水，所述回水接口将冷却水通流回水箱，所述通气腔内通过压盖和压紧螺栓压紧固定多孔介质板，中心管从通气腔和通液腔的中部密封穿过，所述进气接口设于通气腔进气一端。
10.本发明与现有技术相比的优点：
11.1、本方案是一种能够实现燃烧强度可调的燃油液滴燃烧系统，该系统用于燃油液滴滴落动态过程中的燃烧研究，为燃油品质研究提供技术支撑；
12.2、本方案可实现燃烧强度的调节，通过针阀的节流调速作用，调节通过燃烧器多孔介质板的混合燃料流量，从而达到调节燃烧强度的效果；
13.3、本方案可制造不同氧气比例空气的燃烧环境，通过分压法配置丙烷、氧气和空气三种混合气燃料于储气罐中，分压法配气保证丙烷与氧气完全燃烧，因此可以配置氧气在空气中的不同比例来形成丙烷燃烧时不同氧气比例空气的燃烧环境，如贫氧和富氧的空气环境，为分析燃油在不同氧气比例的空气环境中燃烧提供技术支撑。
附图说明
14.图1为本发明的整体系统原理示意图。
15.图2为本发明中燃烧器燃烧时的工作示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
18.请参阅图1-2，详述本发明的实施例。
19.燃烧强度可调的燃油液滴燃烧系统，包括配气系统、流量调节系统、燃烧器、冷却
系统。
20.所述配气系统包括丙烷供气瓶1、氧气供气瓶2、空气供气瓶3、储气罐11，所述储气罐11瓶口处设有储气罐截止阀10，所述丙烷供气瓶1瓶口依次通过丙烷气瓶截止阀4和丙烷供气减压阀9与储气罐11的储气罐截止阀10连接，所述氧气供气瓶2依次通过氧气瓶截止阀5和氧气供气减压阀8与储气罐11的储气罐截止阀10连接，所述空气供气瓶3依次通过空气瓶截止阀6和空气供气减压阀7与储气罐11的储气罐截止阀10连接。具体的，所述丙烷供气瓶1瓶口连接丙烷气瓶截止阀4，所述丙烷气瓶截止阀4通过软管与丙烷供气减压阀9连接，所述丙烷供气减压阀9通过软管与储气罐截止阀10连接，所述氧气供气瓶2瓶口连接氧气瓶截止阀5，所述氧气瓶截止阀5通过软管与氧气供气减压阀8连接，所述氧气供气减压阀8通过软管与储气罐截止阀10连接，所述空气供气瓶3瓶口连接空气瓶截止阀6，所述空气瓶截止阀6通过软管与空气供气减压阀7连接，所述空气供气减压阀7通过软管与储气罐截止阀10连接。上述中，三个气瓶分别贮存三种高压气体，三个气瓶截止阀作为三个气瓶的开关，分压法配气时三个减压阀进行三种气体的压力设定，储气罐贮存分压法配置的可燃混合气体，储气罐截止阀用作储气罐的开关。
21.所述配气系统采用分压法完成配气操作。配气时通过丙烷气瓶截止阀4、氧气瓶截止阀5、空气瓶截止阀6、空气供气减压阀7、氧气供气减压阀8、丙烷供气减压阀9、储气罐截止阀10的先后操作，按照压力由低到高，分别将丙烷、氧气和空气贮存于储气罐11中完成可燃混合气的配置操作。
22.所述流量调节系统包括储气罐供气减压阀12和针阀13，所述储气罐11的储气罐截止阀10依次通过气罐供气减压阀12和针阀13与燃烧器的进气接口22连接。具体的，所述储气罐截止阀10通过软管与储气罐供气减压阀12连接，所述储气罐供气减压阀12通过软管与针阀13连接。
23.所述流量调节系统可对由储气罐11输送给燃烧器的可燃混合气进行无级流量调节。储气罐供气减压阀12对储气罐11输出的可燃混合气体进行降压操作，通过调节针阀13的开口大小实现可燃混合气的流量无级调节。当储气罐11中的可燃混合气压力低于储气罐供气减压阀12设定的压力值时，需要利用分压法重新进行配气。
24.所述燃烧器包括燃烧器腔体16，所述燃烧器腔体16分为通液腔17和通气腔18，所述冷却系统包括电动泵15和水箱14，所述端盖21将通液腔17封盖，所述进水接口19设于通液腔17进水一端，所述回水接口20设于通液腔17回水一端，所述进水接口19与电动泵15连接，所述电动泵15从水箱14中抽吸冷却水，所述回水接口20的水流回水箱14，所述通气腔18内通过压盖23和压紧螺栓24压紧固定多孔介质板25，多孔介质板25通过其上遍布的微小孔流出可燃混合气。中心管26从通气腔18和通液腔17的中部密封穿过，中心管26用于通过滴落的燃油液滴，中心管26和端盖21焊接于燃烧器腔体16上保证通液腔17和通气腔18的密封。所述进气接口22设于通气腔18进气一端。
25.所述燃烧器为最终发生燃烧的载体。进入到燃烧器通气腔18的可燃混合气经多孔介质板25流出，点燃后形成均质稳定的火焰。做燃油液滴燃烧实验时，油滴滴落后从中心管26穿过，在靠近火焰附近的下方发生油滴燃烧。
26.所述冷却系统与燃烧器的进水接口19和回水接口20连接，冷却系统为燃烧器腔体16的通液腔17提供源源不断的循环冷却水，用于对燃烧器工作时进行循环冷却。所述冷却
系统对燃烧器工作时进行循环冷却。电动泵15从水箱14抽吸冷却水输送到燃烧器的通液腔17，冷却水随后流回到水箱，周而复始，完成对燃烧器的循环冷却。
27.工作原理：
28.配气系统采用分压法配置可燃混合气，配气前所有截止阀均关闭。首先进行丙烷的配置，将丙烷气瓶截止阀4打开，调节丙烷供气减压阀9到所需压力值，打开储气罐截止阀10让丙烷供气瓶1中的丙烷进入储气罐11，待充气压力稳定后关闭储气罐截止阀10和丙烷气瓶截止阀4，丙烷配置完毕。其次按照丙烷与氧气完全燃烧的原则配置高于丙烷压力的氧气，将氧气瓶截止阀5打开，调节氧气供气减压阀8到所需压力值，打开储气罐截止阀10让氧气供气瓶2中的氧气进入储气罐11，待充气压力稳定后关闭储气罐截止阀10和氧气瓶截止阀5，氧气配置完毕。最后配置压力最高的空气，将空气瓶截止阀6打开，调节空气供气减压阀7到所需压力值，打开储气罐截止阀10让空气供气瓶3中的空气进入储气罐11，待充气压力稳定后关闭储气罐截止阀10和空气瓶截止阀6，空气配置完毕。
29.储气罐11输送给燃烧器的可燃混合气需要经过流量调节系统。先关闭针阀13，然后打开储气罐截止阀10，调节储气罐供气减压阀12降低供气压力，最后打开针阀13调节供给燃烧器的可燃混合气流量实现燃烧强度的调节。当储气罐11中的可燃混合气体压力低于储气罐供气减压阀12的设定值时，需要重新利用分压法配置可燃混合气体。
30.燃烧器是最终发生燃烧的载体，进气接口22通可燃混合气，进水接口19通冷却进水，回水接口20通冷却回水。通气腔18内流入的可燃混合气从多孔介质板25流出，点燃后便形成燃烧强度可调的均值稳定火焰，实验时滴落的燃油液滴从中心管26穿过，在火焰下方附近发生燃烧。
31.为了使燃烧器工作时的温度不致过高，采用冷却系统对燃烧器进行循环冷却。冷却介质为水，电动泵15从水箱14中抽吸冷却水，通过进水接口19输送到燃烧器的通液腔17，然后通过回水接口20流回水箱14，完成循环冷却。
32.本发明采用分压法将丙烷、氧气和空气贮存于储气罐中，储气罐作为可燃混合气的供气源，配气遵循丙烷和氧气完全燃烧原则，空气作为燃烧环境，可通过配置不同氧气比例的空气形成不同氧气比例空气的燃烧环境；储气罐供给燃烧器的可燃混合气通过针阀的节流调速作用调节流量，最终通过气路输送给燃烧器，从燃烧器的多孔介质板流出，点燃后形成燃烧强度可无级调节的均质稳定火焰，用于对燃油动态变化过程中燃烧特征的科学研究。本发明采用高速光学测试手段，通过观察燃油液滴动态滴落过程中燃烧时的滞燃期、光亮度及火焰颜色等燃烧信息，研究燃油在特定物理特性下动态发展过程中的燃烧特性，进而评价燃油的品质。
33.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。