一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及火焰燃烧技术领域，公开一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法，装置包括定容燃烧弹缸内压力采集系统和火焰纹影图片采集系统；将细化后的燃烧缸内压力波动状态作为新的评价指标，再与根据火焰流态的特征参数在不同工况下得到的火焰锋面进行对照分析，更好的量化压力波动在火焰传播过程中对火焰发展历程的影响，进而对其由于流体不稳定性与热

【技术实现步骤摘要】
一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法


[0001]本专利技术涉及火焰燃烧
，具体为一种判别火焰流态的定容燃烧装置及方法。

技术介绍

[0002]在传统燃烧模式下，预混燃料在点火后形成的初始火焰就是预混层流火焰，随着火焰的发展，由于对拉伸和压力的变化极为敏感，火焰受影响后会逐渐由层流火焰过渡为湍流火焰，最早期的湍流火焰便是受拉伸和压力作用影响而出现高度褶皱的层流火焰。虽然湍流燃烧速度会受气流扰动以及缸内湍流强度等诸多复杂因素的影响，但是在相同进气方式以及湍流强度下，湍流燃烧速度取决于不同燃料的化学物理性质，也就是燃料的层流燃烧特性。因此，层流燃烧理论是研究湍流燃烧理论的基础。
[0003]在实际的火焰传播过程中，由于燃料的物理化学性质的差异以及研究方法的不完善，目前对于火焰流态的划分仍十分粗糙，只能通过部分火焰锋面特征参数或整体缸内压力的大幅度波动对火焰流态进行表征，却不能有效对火焰流态进行更精细的划分和判断，从而对不同初始条件与不同影响因素对于火焰流态变动带来的影响与误差无法进行有效的评判。面对以往方法中无法对火焰流态状态进行精细判别的问题，需要提出一种新型评判火焰流态的方法与装置，降低以往使用的研究方法因理论局限而产生的误差，同时改进实验装置以获取更为精细的实验数据，填补在火焰燃烧火焰流态判别领域仍存在的巨大空白是非常必要的。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种判别火焰流态的定容燃烧装置和方法，更好的确定各火焰流态的边界范围，从而得到更加精确的各火焰流态下的燃烧特性参数，并为后续对燃料的物理化学性质研究提供数据支撑。技术方案如下：
[0005]一种判别火焰流态的定容燃烧装置，包括定容燃烧弹缸内压力采集系统和火焰纹影图片采集系统；
[0006]所述定容燃烧弹缸内压力采集系统包括定球形的容燃烧弹弹体和压力传感器探针；容燃烧弹弹体上设有若干探针孔，压力传感器探针一端设有信号传输线，另一端插入探针孔并将探针孔密封，且探针末端指向容燃烧弹内腔的几何中心；压力传感器探针上还一定间距从探针末端向外安装数个压力传感器，用于检测压力传感器探针指向方向上不同位置的压力波动数据；检测到的压力波动数据通过所述信号传输线传输到外部电荷放大器，经电荷放大器调理后将压力信号转为电信号进入采集卡与电控单元；经采集卡记录数据后由电控单元控制结束实验；
[0007]所述火焰纹影图片采集系统包括由若干反射镜组成的纹影图片拍摄光路，及高速摄影机；高速摄影机通过纹影图片拍摄光路记录定容燃烧弹弹体内部的火焰传播情况。
[0008]一种火焰流态判别方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：在初始实验条件下，通过所述定容燃烧装置的点火系统点燃燃料产生火焰，利用高速摄像机获得不同时刻下火焰锋面图片；
[0010]步骤2：在步骤1进行实验的同时，通过定容燃烧弹缸内压力采集系统，获得实验过程中所安插压力传感器探针的各个方向上不同位置压力传感器在不同时刻采集到的缸内压力数据；
[0011]步骤3：将从步骤1与步骤2得到的火焰锋面图片与缸内压力数据进行汇总，并依据压力数据构建三维压力分布面；
[0012]步骤4：将不同时刻下的缸内压力数据与火焰锋面图片进行匹配；
[0013]步骤5：计算步骤2得到的各张火焰锋面图片的圆心与各个方向上的半径，并在此基础上将不同时刻的压力传感器探针方向上的火焰半径数据与对应方向上不同时刻不同位置压力传感器所测的缸内压力数据进行再次匹配；
[0014]步骤6：在步骤5得到的不同时刻各方向火焰半径的基础上，通过下式，将前后火焰锋面图片数据进行对比，计算得到不同时刻各方向火焰的传播速度：
[0015]S
n
＝dr
u
/dt
[0016]式中，S
n
是某一方向上的拉伸火焰传播速度；r
u
为相同方向上某一时刻的火焰半径；
[0017]步骤7：计算压力波动的传播速度，绘制三维空间内压力波的变化趋势图；
[0018]步骤8：通过缸内压力数据的压力波变化规律与火焰半径数据判定火焰流态
[0019]更进一步的，所述步骤7之前还包括：调压传感器整探针位置，使两次的探针位置关于球形容弹内腔中心平面对称，并在完全相同的初始条件下重复试验，测得其对于压力波传播的影响偏差，并以此对所测缸内压力数据进行修正。
[0020]更进一步的，所述步骤4包括：
[0021]步骤41：将火焰锋面图片的拍摄时刻认定为火焰锋面变化的基准时刻；
[0022]步骤42：根据实验装置中加装压力传感器的型号，得到该型号下缸内压力传感器感应到缸内压力产生变化的响应时间；
[0023]步骤43：根据压力传感器的响应时间，得到从拍摄到火焰锋面到缸内压力传感器采集到对应数据的延迟时间t1；
[0024]步骤44：获得高速摄影机的拍摄频率f1与缸压传感器的测量频率f2；
[0025]步骤45：定义对应比例k＝f2/f1，k代表在前后两张火焰锋面图片拍摄间隔内压力传感器所采集的缸内压力数据个数；
[0026]步骤46：从步骤1获得的不同时刻的火焰锋面图片中，选取火焰锋面出现前的一张图片作为背景图片，并将此时刻定义为点火时刻的始点；
[0027]步骤47：从步骤3汇总的数据中提取点火时刻始点各个方向不同位置上的缸内压力数据，并根据所述延迟时间t1，查找得到经过采集延迟后最接近点火时刻始点的缸内压力数据；
[0028]步骤48：通过下式获得点火时刻前某一压力传感器探针方向上所有压力数据的均值并以此认定均值为该方向上点火时刻缸内压力数据；
[0029][0030]其中，P
j
为点火时刻前各时刻某一压力传感器探针方向上其中一个压力传感器所测的压力数据；N为某一压力传感器探针上安装压力传感器的数量；
[0031]步骤49：根据步骤47的查找方式和对应比例k，以点火时刻始点为基准，依次将各张火焰锋面图片与其对应拍摄时刻所测得的缸内压力数据进行匹配，并将匹配结果汇总。
[0032]更进一步的，所述步骤7包括：
[0033]步骤71：选取不同方向压力传感器探针上出现明显压力数据波动，且离火焰中心最远的压力传感器所采集的压力数据，作为相邻拍摄时间间隔的压力数据波动；
[0034]步骤72：提取匹配好的不同时刻火焰锋面半径数据与对应测量方向的缸内压力数据，获得在某一相邻拍摄间隔内，不同测量方向上压力数据的变化量ΔP
i
，i＝1,2,
…
m；其中，i代表燃烧弹弹体上安装的第i个压力传感器探针上压力传感器测得的缸内压力数据，m代表定容燃烧弹弹体内部所安装的压力传感器探针的数量；
[0035]步骤73：根据步骤5的数据匹配结果，提取某一相邻拍摄时间间隔内第i个压力传感器探针对应方向下前后火焰锋面半径数据R
i1
与R
i2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种判别火焰流态的定容燃烧装置，其特征在于，包括定容燃烧弹缸内压力采集系统和火焰纹影图片采集系统；所述定容燃烧弹缸内压力采集系统包括定球形的容燃烧弹弹体(1)和压力传感器探针(2)；容燃烧弹弹体(1)上设有若干探针孔，压力传感器探针(2)一端设有信号传输线，另一端插入探针孔并将探针孔密封，且探针末端指向容燃烧弹内腔的几何中心；压力传感器探针(2)上还一定间距从探针末端向外安装数个压力传感器(3)，用于检测压力传感器探针(2)指向方向上不同位置的压力波动数据；检测到的压力波动数据通过所述信号传输线传输到外部电荷放大器，经电荷放大器调理后将压力信号转为电信号进入采集卡与电控单元；经采集卡记录数据后由电控单元控制结束实验；所述火焰纹影图片采集系统包括由若干反射镜组成的纹影图片拍摄光路，及高速摄影机；高速摄影机通过纹影图片拍摄光路记录定容燃烧弹弹体内部的火焰传播情况。2.一种采用权利要求1所述的判别火焰流态的定容燃烧装置进行的火焰流态判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在初始实验条件下，通过所述定容燃烧装置的点火系统点燃燃料产生火焰，利用高速摄像机获得不同时刻下火焰锋面图片；步骤2：在步骤1进行实验的同时，通过定容燃烧弹缸内压力采集系统，获得实验过程中所安插压力传感器探针的各个方向上不同位置压力传感器在不同时刻采集到的缸内压力数据；步骤3：将从步骤1与步骤2得到的火焰锋面图片与缸内压力数据进行汇总，并依据压力数据构建三维压力分布面；步骤4：将不同时刻下的缸内压力数据与火焰锋面图片进行匹配；步骤5：计算步骤2得到的各张火焰锋面图片的圆心与各个方向上的半径，并在此基础上将不同时刻的压力传感器探针方向上的火焰半径数据与对应方向上不同时刻不同位置压力传感器所测的缸内压力数据进行再次匹配；步骤6：在步骤5得到的不同时刻各方向火焰半径的基础上，通过下式，将前后火焰锋面图片数据进行对比，计算得到不同时刻各方向火焰的传播速度：S
n
＝dr
u
/dt式中，S
n
为是某一方向上的拉伸火焰传播速度；r
u
为相同方向上某一时刻的火焰半径；步骤7：计算压力波动的传播速度，绘制三维空间内压力波的变化趋势图；步骤8：通过缸内压力数据的压力波变化规律与火焰半径数据判定火焰流态。3.根据权利要求2所述的火焰流态判别方法，其特征在于，所述步骤7之前还包括：调压传感器整探针位置，使两次的探针位置关于球形容弹内腔中心平面对称，并在完全相同的初始条件下重复试验，测得其对于压力波传播的影响偏差，并以此对所测缸内压力数据进行修正。4.根据权利要求2所述的火焰流态判别方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤41：将火焰锋面图片的拍摄时刻认定为火焰锋面变化的基准时刻；步骤42：根据实验装置中加装压力传感器的型号，得到该型号下缸内压力传感器感应到缸内压力产生变化的响应时间；步骤43：根据压力传感器的响应时间，得到从拍摄到火焰锋面到缸内压力传感器采集
到对应数据的延迟时间t1；步骤44：获得高速摄影机的拍摄频率f1与缸压传感器的测量频率f2；步骤45：定义对应比例k＝f2/f1，k代表在前后两张火焰锋面图片拍摄间隔内压力传感器所采集的缸内压力数据个数；步骤46：从步骤1获得的不同时刻的火焰锋面图片中，选取火焰锋面出现前的一张图片作为背景图片，并将此时刻定义为点火时刻的始点；步骤47：从步骤3汇总的数据中提取点火时刻始点各个方向不同位置上的缸内压力数据，并根据所述延迟时间t1，查找得到经过采集延迟后最接近点火时刻始点的缸内压力数据；步骤48：通过下式获得点火时刻前某一压力传感器探针方向上所有压力数据的均值并以此认定均值为该方向上点火时刻缸内压力数据；其中，P
j
为点火时刻前各时刻某一压力传感器探针方向上其中一个压力传感器所测的压力数据；N为某一压力传感器探针上安装压力传感器的数量；步骤49：根据步骤47的查找方式和对应比例k，以点火时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：左子农，胡明杰，刘杰，韩志强，吴学舜，吴怡，闫妍，田维，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：