[发明专利]一种适用光学诊断的预混气体旋流燃烧试验装置及方法

说明书

本发明公开了属于透明燃烧室设计技术领域的适用光学诊断的预混气体旋流燃烧试验装置及方法。包括进气组件、燃烧室观测段和燃烧室延长段；进气组件包括进气段、过渡测量段、冷却隔热段、旋流器和中心柱，气体从集气腔通过周向密布的小孔进入圆形进气道，经中心柱尖端进入环形进气道，再流经旋流器产生旋流；燃烧室观测段包括石英玻璃、密封垫、观察窗盖板等，气体喷入燃烧室后由火花塞点燃产生旋流火焰；燃烧室延长段包括压力传感器安装座、热电偶安装座和连接法兰，燃烧产物从燃烧室延长段出口排出燃烧室。本装置便于更换不同长度的中心柱和不同叶片角度的旋流器，防止进气通道段过热，便于捕捉火焰和流场信息，实现旋流火焰的光学诊断。

技术领域

本发明涉及透明燃烧室设计技术领域，尤其涉及一种适用光学诊断的预混气体旋流燃烧试验装置及方法。

背景技术

航空发动机、地面燃气轮机、工业窑炉中的各类燃烧器都广泛采用旋流稳焰方式。燃烧器在应用之前需要在模型燃烧室中进行大量试验考察旋流火焰的流场结构、火焰面形态、燃烧稳定性等。传统的模型燃烧室不能直接对旋流火焰进行观察和测量，无法获得燃烧室内的流场与火焰结构，限制了研究人员对旋流燃烧稳定性机理的认知。国内外研究表明，进气热力条件、旋流器结构、旋流器位置、燃烧室长度等参数是决定旋流流场结构与火焰面结构的重要因素，这些因素进一步影响火焰的稳定性。因此，设计灵活可调的旋流燃烧试验装置，能为研究旋流燃烧影响因素提供便利。此外，设计带透明观测窗和照射窗的模型燃烧室，并采用高速相机、ICCD相机、PIV(粒子成像测速)、PLIF(平面激光诱导荧光)等测量手段对火焰进行光学诊断，是目前研究旋流火焰稳定性的主要试验发展方向。

国内外在开展预混气体旋流燃烧实验时，多采用圆形截面燃烧室，这将使得在对火焰进行光学测量时，曲面石英玻璃会改变光线的传播方向，并可能发生散射，使得火焰图像发生畸变；国外部分研究人员设计的方形燃烧室，石英玻璃窗口较小，不能观察到火焰的全貌，石英玻璃与壁面没有完全齐平，对流场产生较大的影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用光学诊断的预混气体旋流燃烧试验装置及方法。

适用光学诊断的预混气体旋流燃烧试验装置，其特征在于，包括进气组件、燃烧室观测段和燃烧室延长段；其中，进气组件包括进气段、过渡测量段和冷却隔热段；进气段头部盖板通过螺丝与进气段一端的进气段连接法兰连接，两者之间设置第一四氟垫；进气段外周中部设置集气腔，垂直于集气腔的外壁设置两根供气管；在集气腔内的进气段壁面上设置进气小孔；进气段另一端的进气段连接法兰通过第二四氟垫与过渡测量段一端的过渡测量段连接法兰连接；进气段和过渡测量段的内腔组成进气通道；并在进气通道内安装有旋流器；过渡测量段的两端外部各设置一个传感器安装座；过渡测量段另一端的过渡测量段连接法兰通过第三四氟垫与冷却隔热段的水冷腔连接；冷却隔热段内部设置水冷腔和环形通道出口，垂直于水冷腔的外壁分别设置进水管和出水管；冷却隔热段的出口法兰上设置圆形石墨垫。

所述进气通道内安装的旋流器通过中心柱支撑在冷却隔热段内壁的水冷腔处；中心柱的中心柱尖端固定在中心柱支撑盘中心，中心柱支撑盘安装在过渡测量段连接法兰的凹台内部；中心柱端面和环形通道出口的端面齐平。

所述燃烧室观测段的观测段基体框架内通道为方形；观测段基体框架的一侧与观测段头部连接板相连，两者之间设置第一方形石墨垫；观测段头部连接板与冷却隔热段之间通过法兰连接，观测段头部连接板与法兰之间设置圆形石墨垫；火花塞安装在观测段头部连接板上；观测段基体框架的四个侧面都设置有石英玻璃窗，其中两侧的观察窗采用第一石英玻璃，该窗口宽度与方形内通道宽度相同；第一石英玻璃的凹台与观测段基体框架之间设置第一矩形石墨垫，观察窗盖板与观测段基体框架通过螺丝连接；观察窗盖板与第一石英玻璃之间也设置第一矩形石墨垫；第二石英玻璃比第一石英玻璃宽度小，但长度相同；第二石英玻璃的凹台与观测段基体框架之间设置第二矩形石墨垫；照射窗盖板与观测段基体框架通过螺丝连接；照射窗盖板与第二石英玻璃之间也设置第二矩形石墨垫；观察段尾部连法兰与观测段基体框架通过螺丝连接，两者之间设置第一方形石墨垫。