[发明专利]大梯度伴流射流火焰燃烧器

说明书

本发明提供了一种大梯度伴流射流火焰燃烧器，包括：燃烧加热器、中心射流喷管、燃料伴流喷管、电火花点火器、供油管路以及供气管路；燃料加热器的一端与供油管路和供气管路相连，燃料加热器的另一端以可拆卸方式设置有中心射流喷管和燃料伴流喷管，电火花点火器设置在燃烧加热器内；其中：燃料与空气在燃烧加热器内部混合燃烧后经中心射流喷管形成中心射流；供油管路提供的燃料还通过燃料伴流喷管喷后射出燃料射流，燃料射流与中心射流汇合后燃烧形成火焰。本发明单纯且可控性好，易于精确控制燃料‑空气的速度、温度和浓度梯度，便于与各种激光光源和成像系统组合形成燃烧试验系统，有利于高精度高分辨率的定量化测试技术的实现。

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，具体地，涉及大梯度伴流射流火焰燃烧器，特别涉及模拟超声速燃烧设备工况和顺流/横向/交叉射流方式，以预混、自由射流和反扩散等多种火焰模式运行的试验系统。

背景技术

为了阐释湍流与燃烧的复杂相互作用，帮助不断提出新的湍流燃烧模型并加以验证，亟需射流火焰数据作为湍流燃烧模型的发展和验证依据。国外学者相继设计了冷态燃料喷进高温燃烧产物环境中的Cabra抬升火焰、高温伴流射流(JHC)燃烧器和曲壁面伴流射流(CWJ)燃烧器以及Cutler小尺寸超声速火焰燃烧器作为试验验证装置，以此发展湍流燃烧模型和光学测试技术。但是以上燃烧器和其它常用燃烧器往往以燃料为中心射流、高温燃烧产物为伴流，并不适用于超声速射流火焰，容易诱发激波，不利于火焰稳定控制，而且不能真实模拟发动机工作环境和流向/横向/交叉等燃料喷射方式。

本发明具有宽压力、温度和当量比范围等特征，表现为燃料相对于空气的速度、温度和组分浓度的大梯度，能够模拟超声速燃烧环境和多种燃料喷射方式。基于这种单纯且可控性较好的反扩散火焰，选取易于精确控制流量的燃料，调节燃料-空气的速度、温度和浓度梯度，直观反映流向/横向/交叉剪切的化学反应混合层的火焰动力学特征和传播过程，为发展湍流燃烧模型和光学测试技术提供技术支撑。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大梯度伴流射流火焰燃烧器。

根据本发明提供的大梯度伴流射流火焰燃烧器，包括：燃烧加热器、中心射流喷管、燃料伴流喷管、电火花点火器、供油管路以及供气管路；所述燃料加热器的一端与供油管路和供气管路相连，所述燃料加热器的另一端以可拆卸方式设置有中心射流喷管和燃料伴流喷管，所述电火花点火器设置在燃烧加热器内；其中：

供油管路提供的燃料与供气管路提供的空气在燃烧加热器内部混合燃烧后经中心射流喷管形成中心射流；供油管路提供的燃料还通过燃料伴流喷管喷射出燃料射流，所述燃料射流与中心射流汇合后燃烧形成火焰。

优选地，所述燃烧加热器包括：燃烧加热器内筒、燃烧加热器外筒以及空气/水冷却通道夹层，所述燃烧加热器外筒包覆住燃烧加热器内筒，且在所述燃烧加热器外筒与燃烧加热器内筒之间设置有贯通的沟槽，所述沟槽构成空气/水冷却通道夹层。

优选地，燃烧加热器内筒构成燃料与空气的混合燃烧室，用于燃料与空气的充分燃烧。

优选地，还包括支撑基座，所述支撑基座位于燃烧加热器的底端。

优选地，中心射流喷管包括沙漏型和倒漏斗型中的任一种形式，具体地，

沙漏型中心射流喷管能够喷射出超声速射流，超声速射流的马赫数由沙漏型中心射流喷管的出口面积与喉道面积之比决定。

优选地，燃料伴流喷管的喷射方向为可调节模式，即能够调节燃料射流的方向，具体地，包括：顺流模式、横向射流模式以及交叉射流模式。

优选地，所述燃料伴流喷管呈圆台型并包覆住中心射流喷管，燃料伴流喷管的侧面、底面与中心射流喷管的外侧面之间构成燃料的缓存区域，供油管路将燃料输入所述缓存区域并经燃料伴流喷管侧面与中心射流喷管之间的环形出口喷射出燃料射流；燃料射流的喷出速度、数量、方向由环形出口的位置、面积以及缓存区的容积决定。