一种适用于气体燃烧特性测试的综合实验台

1.本实用新型涉及气体燃烧特征测试技术领域，尤其是一种适用于气体燃烧特性测试的综合实验台。


背景技术：

2.燃烧学是研究燃烧现象、实践和理论的科学。燃烧学是高等学校能源与动力工程专业教学计划中重要的技术基础课，它建立在化学、传热学、流体力学等课程知识的基础上。在燃烧学教学过程中，目前缺少一种能够便于系统性地展示气体燃烧特性及相关实验的教学平台。例如，火焰传播速度实验通常在实验室中进行，所利用的设备成本高，操作复杂，可视化程度低，不利于直观展示。
3.而现有的一些燃烧特征测试平台，缺乏与实验教学理论相关的匹配性和针对性，也缺乏系统性，无法满足燃烧学实验教学需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种适用于气体燃烧特性测试的综合实验台，目的是提高气体燃烧特性分析实验操作的系统性、便捷性、安全性和观测的直观性。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种适用于气体燃烧特性测试的综合实验台，包括：
7.气体混合模块，包括空气管路、燃气管路和混合气管路，空气管路和燃气管路的出口与混合气管路的入口连接，空气管路和燃气管路上均设有流量测点、压力测点和流量调节阀；混合气管路上设有温度测点；
8.燃烧稳定性演示模块，为火焰稳定性实验提供场所，包括至少两个火焰燃烧器，至少两个火焰燃烧器的燃烧截面尺寸不同，至少两个火焰燃烧器的入口与所述混合气管路的出口连接，火焰燃烧器的入口端设有第一流量控制阀；
9.火焰传播速度演示模块，为火焰传播速度实验提供场所，包括至少两个石英管、设置在石英管入口端的第二流量控制阀、设置在石英管末端的点火装置，至少两个石英管的入口与所述混合气管路的出口连接，至少两个石英管的管径不同；
10.测点数据采集显示模块，包括显示屏和测点数据采集模块，所述测点数据采集模块与所述气体混合模块各测点及流量调节阀信号连接，并将信号传输给所述显示屏。
11.进一步技术方案为：
12.所述火焰燃烧器包括至少三个，具有大、中、小三种燃烧截面。
13.所述石英管包括至少三个，具有大、中、小三种管径。
14.还包括数显光标尺，在火焰稳定性实验中，所述数显光标尺用于测量火焰内焰和外焰的高度。
15.还包括高速相机，在火焰传播速度实验中，所述高速相机用于对火焰传播过程进行拍摄，以确定火焰的传播速度。
16.本实用新型的有益效果如下：
17.本实用新型提高了气体燃烧特性分析实验操作的系统性、便捷性、安全性和观测的直观性，适用于燃烧学实验教学或中小型企业气体燃烧特性分析。
18.本实用新型实验台通过测点数据采集显示模块，可以直观显示气体的流量和压力，便于数据记录，操作简单，提高燃烧学实验教学的演示效率。
19.本实用新型的综合实验台具有尺寸不同的火焰燃烧器及石英管，方便进行对比实验，结构完整，操作简便，便于系列实验的统一开展。
20.本实用新型的实验方法既可以观察火焰燃烧器的燃烧特性，也可以测量火焰的燃烧速度。可以控制在不同流量和管径下进行对比实验，可以进行不同种类燃气的燃烧实验以及不同空气燃气配比的燃烧实验。
21.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例的综合实验台的结构示意图。
23.图中：1、气体混合模块；2、空气流量测点；3、燃气流量测点；4、空气压力测点；5、燃气压力测点；6、空气流量精密调节阀；7、燃气流量精密调节阀；8、测点数据采集显示模块；9、显示屏；10、测点数据采集模块；11、混合气体温度测点；12、燃烧稳定性演示模块；13、火焰燃烧器；14、球阀；15、火焰传播速度演示模块；16、针阀；17、石英管；18、点火装置。
具体实施方式
24.以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
25.如图1所示，本技术实施例提供一种适用于气体燃烧特性测试的综合实验台，包括：
26.气体混合模块1，包括空气管路、燃气管路和混合气管路，空气管路和燃气管路的出口与混合气管路的入口连接，空气管路和燃气管路上均设有流量测点、压力测点和流量调节阀；混合气管路上设有温度测点；
27.燃烧稳定性演示模块12，为火焰稳定性实验提供场所，包括至少两个火焰燃烧器13，至少两个火焰燃烧器13的燃烧截面尺寸不同，至少两个火焰燃烧器13的入口与混合气管路的出口连接，火焰燃烧器13的入口端设有第一流量控制阀；
28.火焰传播速度演示模块15，为火焰传播速度实验提供场所，包括至少两个石英管17、设置在石英管17入口端的第二流量控制阀、设置在石英管17末端的点火装置18，至少两个石英管17的入口与混合气管路的出口连接，至少两个石英管17的管径不同；
29.测点数据采集显示模块8，包括显示屏9和测点数据采集模块10，测点数据采集模块10与气体混合模块1各测点及流量调节阀信号连接，并将信号传输给显示屏9。
30.上述实施例中，如图1所示，空气管路上设有空气流量测点2、空气压力测点4、空气流量精密调节阀6，燃气管路上设有燃气流量测点3、燃气压力测点5、燃气流量精密调节阀7，
31.混合气管路上设有混合气体温度测点11。
32.空气流量测点2、空气压力测点4、燃气流量测点3、燃气压力测点5。
33.本领域技术人员可以理解，空气和燃气在气体混合模块1中混合均匀，为后续实验点燃进行预混合。其中气体混合模块1还包括压缩空气泵，与空气管路入口连接向空气管路泵入空气，还包括燃气存储罐，可以盛放不同成分的可燃气体，燃气存储罐与燃气管路入口连接。
34.上述实施例中，火焰燃烧器13包括至少三个，形成大、中、小燃烧截面。
35.三种尺寸不同的火焰燃烧器13并联设置，不同的火焰燃烧器13入口分别与体混合模块1相连通，各火焰燃烧器13上设置的第一流量控制阀为球阀14，在调节火焰稳定性实验中，用以调节混合气的流量。三个火焰燃烧器13的燃烧管尺寸分别为：
36.小尺寸燃烧器的燃烧管内径为6mm，外径为8mm，可用于观察小火焰；
37.中尺寸燃烧器的燃烧管内径为14mm，外径为16mm，可用于观察中火焰；
38.大尺寸燃烧器的燃烧管内径为18mm，外径为26mm，可用于观察大火焰。
39.具体的，火焰燃烧器13均采用不锈钢材料。不锈钢材料具有良好的耐高温性能，可以长期工作在高温条件下。且不锈钢具有良好的抗氧化性和抗腐蚀性，不易损坏，且更换简便，成本低，满足实验条件要求。
40.上述实施例中，石英管17上设置的所述第二流量控制阀为针阀16。
41.石英管17包括至少三个，具有大、中、小三种管径。
42.三种管径不同的石英管17并联设置，不同管径的石英管17与气体混合模块1相连通，并通过针阀16控制混合气体的进气速率。待装置完全充满混合气体后，采用点火装置18进行点火，可观察火焰传播速度实验中不同管径中火焰传播速度。
43.上述实施例中，还包括数显光标尺，在火焰稳定性实验中，数显光标尺用于测量火焰燃烧器13产生的火焰内焰和外焰的高度。
44.具体的，数显光标尺直接放置在水平操作台面上调整至不同高度，根据火焰底部和顶部的测量值即可得出火焰的高度。
45.数显光标尺具有精度高，无需靠近火焰等优点，提高了实验的安全性。
46.上述实施例中，还包括高速相机，在火焰传播速度实验中，高速相机用于对火焰传播过程进行拍摄，以确定火焰的传播速度。
47.上述实施例中，混合气管路出口通过三通阀与火焰燃烧器13和石英管17连接。
48.上述实施例中，测点数据采集模块10采用工业级8路模拟采集模块，可用于采集实验中空气及燃气的流量、压力、混合气体的温度信号。
49.上述实施例中，显示屏9为mcgs显示屏(嵌入式一体化触摸屏)，可用于显示实验中空气及燃气的流量、压力、混合气体的温度信号。
50.上述实施例的实验台，既可以进行观察火焰稳定性实验，也可以进行测量火焰的燃烧速度实验。实验台安全可靠，易于操作，数据可视化，并可以控制在不同流量和管径下进行对比实验，便于高校燃烧学实验教学和相关中小型企业气体燃烧特性分析的开展。
51.本技术实施例还提供一种利用所述适用于气体燃烧特性测试的综合实验台的实验方法，包括：
52.利用燃烧稳定性演示模块12进行火焰稳定性实验和/或利用火焰传播速度演示模块15进行火焰传播速度实验。
53.利用燃烧稳定性演示模块12进行火焰稳定性实验，包括：
54.开启第一流量控制阀，混合气进入火焰燃烧器13进行燃烧；
55.通过第一流量控制阀调节进入火焰燃烧器13的混合气流量，以获得混合气流量对火焰燃烧稳定性的影响关系；
56.调节气体混合模块1中空气管路和燃气管路上流量调节阀，控制进入火焰燃烧器13的混合气的空燃比，以获得空燃比对火焰燃烧稳定性的影响关系；
57.其中，火焰燃烧稳定性通过数显光标尺对火焰内焰和外焰的高度进行测量分析后获得。
58.还包括：
59.通过对比不同燃烧截面尺寸的至少两个火焰燃烧器13中的火焰燃烧稳定性情况，分析燃烧器尺寸对燃烧稳定性的影响关系。
60.利用火焰传播速度演示模块15进行火焰传播速度实验，包括：
61.开启第二流量控制阀，待混合气完全充满石英管17，点火装置18点火；
62.通过第二流量控制阀调节进入石英管17的混合气速率，获得混合气速率对火焰传播速度的影响关系；
63.调节气体混合模块1中空气管路和燃气管路上流量调节阀，控制进入石英管17的混合气的空燃比，获得空燃比对火焰传播速度的影响关系；
64.其中，火焰传播速度通过高速相机对火焰传播过程进行拍摄而获得。
65.还包括：
66.通过对比不同管径的至少两个石英管17中的火焰传播速度，分析管径尺寸对火焰传播速度的影响关系。
67.本实施例的实验方法，通过测点数据采集模块10测定气体流量以及显示数据。
68.本技术可以进行不同种类燃气的燃烧实验以及不同空气燃气配比的燃烧实验。
69.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。