[实用新型]液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及液体燃料气相层流燃烧领域，具体是一种液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置。 

背景技术

目前，我国以液体燃料为推进剂的运载工具保有量大幅增加，能源与环境问已经成为人们的关注焦点。随着液体燃料价格上涨，全球变暖以及其它一系列环境问题日益突出，必须对液体燃料的品质进行改造来满足节能与环保的要求。对新型合成液体燃料燃烧基础研究有助于喷雾燃烧系统燃料的选取。研究液体燃料气相层流燃烧的目的是了解液体燃料反应动力学特性，液体燃料气相层流火焰传播速度就是统观反应动力学的体现，它不仅在考察火焰稳定性方面有很大实用意义，而且在研究传播理论方面也具有很大理论价值。 

迄今为止公布的文献资料（论文、报告和专利）通过本生灯对层流火焰传播速度的研究主要集中在气体燃料方面，液体燃料的层流火焰传播速度主要通过定容燃烧弹试验装置进行研究，定容燃烧弹试验装置虽然能够比较精确的测量层流火焰传播速度但其结构复杂、成本高，不易实现。本实用新型通过简易加热装置对液体燃料进行蒸发、混合，获得混合燃气，混合燃气经过出口直径可变的本生灯燃烧器进行燃烧，从而通过本生灯火焰法对液体燃料气相层流火焰传播速度进行测量，该系统结构简易、操作简单、成本低廉；结合基于数字图像处理技术的非接触式层流火焰传播速度测量方法，该系统具有测量精度高的特点。 

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种液体燃料气相本生灯层流火焰传播速度测量装置。 

本实用新型包括本生灯燃烧器，本生灯燃烧器分别连接有测温显示器（热电偶）、冷态空气加热系统和液体燃料蒸发系统，其中液体燃料蒸发系统通过橡皮管道与注射泵相连，冷态空气加热系统与外部空气相通；本生灯燃烧器旁装有火焰图像采集与处理装置。 

所述的冷态空气加热系统液体燃料蒸发管道以及与液体燃料蒸发管道连接的第一点调压器。 

所述的液体燃料蒸发管道倾斜放置，与水平面夹角为10-20°，从外到内依次由保温陶瓷管、石英玻璃管、镍铬电加热丝组成，其中镍铬电加热丝采用螺旋线缠绕方式并采用前密后疏的布置方式。 

所述的冷态空气加热系统包括依次连接的稳压立式储气罐、浮子流量计以及冷态空气加热管道，其中稳压立式储气罐与外部空气相通，冷态空气加热管道与本生灯燃烧器相连，冷态空气加热管道还连接有第二电调压器。 

所述的冷态空气加热管道从内到外依次为加热铜管中、石英玻璃管、保温陶瓷管；所述的浮子流量器空气流量为0L/h～600L/h；所述的第二电调压器调压范围为0～250V。 

所述的本生灯燃烧器出口为螺旋可替换结构，出口内径为5mm～15mm，不同出口直径间隔1mm。。 

所述的火焰图像采集与处理装置包括高速摄像机以及与高速摄像机相连的计算机8。 

所述的注射泵流量可控，最大燃烧流量为500ml/h。 

该装置工作方法包括以下步骤： 

1）打开注射泵，设定燃料流量；

2）打开液体燃料蒸发管道电源，选择第一电调压器电压，调节液体燃料蒸发管道内的压力；

3）打开空气稳压立式储气灌，利用浮子流量计选择空气流量；

4）打开冷态空气加热管道电源，选择第二电调压器电压，调节冷态空气加热管道内的压力；

5）使用电火花点火器点火，在本生灯出口形成稳定的层流火焰锋面；

6）利用电子显示器读出本生灯层流火焰温度，使其温度稳定，打开高速相机捕获如图4所示的本生灯出口层流火焰锋面；

7）对本生灯火焰图像进行包括图像剪裁、灰度化、灰度拉伸、边缘提取、二值化、确定锥角、计算角度的批量处理；所述数字图像处理程序采用分段线性灰度变换（GST）处理技术对火焰图像进行灰度处理；采用Roberts边缘检测算法提取灰度图像中火焰锋面信息，该法是一种利用局部差分算子寻找火焰锋面边缘算子，其火焰锋面边缘像素可表示为： 式中为输入图像的像素值，为输出图像的像素值；

8）根据公式计算在该条件下的层流火焰传播速度，式中表示锥形火焰面上法向火焰传播速度，燃气出口速度，表示火焰面顶角。

    本实用新型有益效果在于： 

1、本实用新型提供的装置简易、便于操作、成本低廉，有助于不同液体燃料燃烧特性的基础对比，支撑喷雾燃烧系统的燃料快速选取。

2、输入参数容易改变，可以用来测量液体燃料的贫油点火、熄火极限。 

附图说明

图1为本实用新型的工作流程示意图。