[发明专利]一种多初始态燃料瞬态反应流场参数测试系统

说明书

本发明提供的一种多初始态燃料瞬态反应流场参数测试系统，由气体预混系统、主体反应装置、成像系统和测控系统等四部分组成，其中主体反应装置为核心设备，将液体蒸汽注入管路、反应器、加热器、温度和压力传感器、清洁剂喷口和排污管等部件集成于一架可移动设备车中，用于完成爆炸性混合物的静置预混、辐射加热、火花点火、瞬态反应、清洁除污等过程；本系统可以实现初始温度范围300K～700K、初始压力0bar～5bar、爆炸极限内任意当量比的纯气体和液体蒸汽燃料的瞬态反应流场测试，为深入研究燃爆火焰传播机理提供原始数据，为能源利用、轮机工程、航天推进等领域提供技术支持。

技术领域

本发明属于瞬态反应流场测试技术领域，具体涉及一种多初始态燃料瞬态反应流场参数测试系统。

背景技术

爆炸性混合物的燃烧和爆炸属于瞬态反应过程，火焰传播速度的测量是目前瞬态反应流场研究的基础和难点。目前针对火焰传播速度的测量方法主要有本生灯火焰法、对冲火焰法和密闭燃烧室法等。其中本生灯结构简单，易于操作，但由于火焰对气流具有加热效果，以及管壁对靠近它的气流有冷却散热作用，使得层流速度在不同区域有差异，同时受到负拉伸率影响，导致测量结果误差较大；对冲火焰法避免了由喷管散热造成的热损失问题，但喷口喷出的预混气难以保证与火焰面垂直，故而产生火焰拉伸现象，而且高压条件下火焰很难维持稳定性，故该方法不能应用于高压层流火焰传播速度的测量。密闭燃烧室法是指在一定体积的密封空间内充满气体，在燃烧室中心采用电极进行火花点火，火焰点燃后呈球形从中心向四周传播，通过光学系统记录火焰面移动轨迹，不仅可以直接得到火焰传播速度，还可进一步推导出火焰拉伸率、马克斯坦长度，以及火焰传播速度与麦克斯韦常数之间的关系。

现有的实验系统和平台存在诸多限制和不足：不能实现液体燃料蒸汽的定量注入；不能研究高温初始态下的瞬态反应过程；无自动清洁装置，每次实验结束需打开腔体清理，操作复杂，无法保证密封性；无同步的温度和压力测试，对研究燃爆火焰传播机理贡献较小；各部件分散布置，占用空间大，集成度与自动化水平低。

因此，对于高温、高压初始态的燃料混合物，液体燃料参与的瞬态反应中当量比的精准控制，火焰传播过程与压力波、热传导之间的同步测试，目前尚无有效的测试系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多初始态燃料瞬态反应流场参数测试系统，可以测量多种初始态下(温度范围300～700K，压力范围0～5bar，爆炸极限范围内任意当量比)的瞬态反映流场参数测量。

一种多初始态燃料瞬态反应流场参数测试系统，由气体预混系统、主体反应装置、光学成像系统和测控系统等四部分组成：

所述气体预混系统由气瓶、流量计、混气罐、真空泵和压力表等设备组成；

所述主体反应装置包括蒸发池(1)、蒸发池加热器(2)、流量调节阀(3)、储液室(4)，电磁阀(5)、抽气管(6)和(9)、压力变送器(7)、进气管(8)、反应室加热器(10)、端面法兰(11)、观察窗(12)、轨轮(13)、底盘(14)、滑轨(15)、清洗剂入口管路(16)、雾散喷头(17)、反应室(18)、压力传感器(19)、排污管(20)、热电偶温度传感器(21)滑轮(22)；

所述光学成像系统由卤素灯、聚光镜、狭缝、平面镜、抛物面镜、切光片和高速摄影仪等设备组成；

所述测控系统由点火器、放大器、数据采集器、同步触发器和计算机等组成，同步触发器将同时启动高速摄影、点火器和电脑端数据采集。