[实用新型]用于分析体积力对火焰特征影响的实验装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

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>1g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. Combustion in a centrifugal-force field[J]. Symposium (International) on Combustion, 1971, 13(1):625~629；Shinsuke Ono, Eiichi Murase, Hideaki Kawano et al. Disturbed flame propagation in the centrifugal acceleration environment[A]. Memoirs of the 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 and premixed flame blow off in U-bend tubes with secondary flow[J]. Combustion and Flame, 2003, 132:601~609）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^[4]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, 11(6):535~538）介绍了一种可产生大于1g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。

然而，已有的这类研究其研究对象——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，本实用新型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。本实用新型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。

 实用新型内容

本实用新型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。

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。

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，以将蜡烛上方的火焰部分与蜡烛本体隔开。

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。