本发明专利技术公开了一种燃氢燃气轮机燃烧室流场特性实验装置，包括三对钝体布置燃烧室实验件、PIV测试台架、PIV测试系统和压差及环境温度测试系统；三对钝体布置燃烧室实验件包括前侧板、前钝体、后钝体及其附属机构、前顶板和后顶板；前侧板上开有示踪粒子喷射管插孔；前顶板开有进口速度探针插孔，后顶板开有出口速度探针插孔；示踪粒子发生器与前侧板上的示踪粒子喷射管插孔相连。本发明专利技术采用PIV测试技术，选定燃烧室合理的位置，在示踪粒子发生器和示踪粒子喷射管作用下，合理地将示踪粒子掺混于主气流中，使得测试区域示踪粒子分布均匀，在不破坏速度分布的情况下，进行三对钝体布置燃烧室冷态流动速度矢量分布可视化实验研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃氢燃气轮机实验装置，特别是一种燃氢燃气轮机燃烧室流场特性实验装置。
技术介绍
开发、推广和应用整体煤气化联合循环发电(Integrated GasificationCombined Cycle,简称IGCC)技术,可以实现近零排放的可持续发展燃煤发电。目前,美国、德国、英国和日本等发达国家均投入巨资进行研发和示范IGCC技术，IGCC技术所涉及的工艺系统和关键技术均已成为国际能源领域研究开发的热点。对燃用富氢合成气及纯氢气体燃气轮机燃烧室结构与性能及其与现代燃气轮机匹配进行全面和深入细致的研究，为我国电力工业“绿色煤电”做技术储备和工程示范，对我国的国民经济和社会发展具有重要意义。目前，IGCC燃气轮机在现代先进燃气轮机设计方案基础上进行改造遇到的技术难点是氢气空气混合物的层流火焰速度很高；氢气空气混合物的相对较高的绝热温度，燃烧产生大量氮氧化物；如果火焰温度和氮氧化物排放量靠氮气或蒸汽稀释降低，会降低燃烧效率；如果采用贫燃料预混合，快速反应和高燃烧速度会导致自燃和回火。针对这些技术难点，人们开发研制了燃用富氢合成气及纯氢气体新概念燃气轮机燃烧室技术，对IGCC的推广应用具有重要意义。开发研制燃用富氢合成气及纯氢气体燃气轮机燃烧室，在运行工况下进行新概念燃烧室实验研究，研究周期长，风险性高，经费消耗巨大。常规的燃气轮机燃烧室流动特性实验研究，采用五孔探针或七孔探针测量速度场，测点的空间坐标位置确定不准确，如果燃烧室结构复杂，探针还会严重破坏测点的速度分布，不但不能准确地反映出燃烧室真实的速度分布，而且实验数据记录和处理繁琐。虽然目前部分采用粒子成像测速(ParticleImage Velocimetry,简称PIV)测试方法进行燃烧室流动特性实验研究,实验过程中，示踪粒子测试区域分布不均匀、跟随性差，也会直接影响测量结果。特别是针对不同测试条件，目前的PIV测试系统调试不仅耗时，而且在有些工况下不能得出理想的测试结果。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种不破坏测试区域速度场、示踪粒子测试区域分布均匀、调试灵活方便、能够准确反映出测试区域速度分布、数据记录和处理便捷PIV可视化测试技术，可以模拟三对钝体布置的燃氢燃气轮机燃烧室结构形式和流动条件的，并可以针对三对钝体布置的燃氢燃气轮机燃烧室流场特性进行实验研究的实验装置。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种燃氢燃气轮机燃烧室流场特性实验装置，包括三对钝体布置燃烧室实验件、PIV测试台架、Piv测试系统和压差及环境温度测试系统；所述的三对钝体布置燃烧室实验件,包括前侧板、后侧板、底板、前钝体、后钝体及其附属机构、前顶板、哑光玻璃、顶面玻璃板、侧面玻璃板、后顶板、进气法兰和排气法兰；所述的底板上开有底板玻璃卡槽、后钝体移动槽道、前钝体嵌槽和气孔，并布置有螺杆支座；所述的前顶板和后顶板均开有顶板玻璃卡槽；所述的前侧板有两块、其下边缘分别与底板的左右两侧相连、上边缘分别与前顶板的左右两侧相连；所述的后侧板有两块、其下边缘分别与底板的左右两侧相连、上边缘分别与后顶板的左右两侧相连；所述的前侧板、后侧板、底板、底板玻璃卡槽和顶板玻璃卡槽内布置的哑光玻璃板、顶面玻璃板和侧面玻璃板构成三对钝体布置燃烧室实验件的主流通道；前侧板上开有示踪粒子喷射管插孔；前顶板开有进口速度探针插孔，后顶板开有出口速度探针插孔；所述的底板含有气孔，用于后钝体的气体喷射实验；所述的前钝体嵌于底板中的前钝体嵌槽中，以防止前钝体随气流发生移动；所述的后钝体及其附属机构包括后钝体、螺杆、后钝体支座和后钝体支座轴承，后钝体支座开有底孔，螺杆与后钝体支座相连，后钝体支座通过底孔穿入螺钉与后钝体相连，螺杆固定于螺杆支座上，后钝体支座底部布置有后钝体支座轴承，后钝体支座轴承嵌入到底板后钝体移动槽道内，螺杆可在螺杆支座中转动，带动后钝体支座连同后钝体沿三对钝体布置燃烧室实验件轴向移动，用以调节后钝体与前钝体之间的间距；所述的进气法兰与三对钝体布置燃烧室实验件的前部连接，排气法兰与三对钝体布置燃烧室实验件的后部连接；所述的PIV测试台架包括铁桌、主支架和可调支架，所述的可调支架包括顶部角钢、带孔钢条和Piv镜头挂置钢条；可调支架与主支架通过顶部角钢连接，主支架通过螺栓与铁桌连接；所述的Piv镜头挂置钢条上通过螺钉与PIV镜头连接；带孔钢条的孔穿入螺栓与PIV镜头挂置钢条连接；带孔钢条通过穿过的螺栓与顶部角钢连接，顶部角钢两侧的螺孔通过穿入螺栓固定在主支架的主支架滑道上；所述的PIV测试系统包括空气压缩机、储气瓶、气体净化瓶、示踪粒子发生器、激光发生器、导光臂、激光发射镜头，PIV镜头、同步器和台式电脑a，所述的空气压缩机与储气瓶通过软管连接，储气瓶与气体净化瓶通过软管连接，气体净化瓶与示踪粒子发生器通过软管连接；所述的示踪粒子发生器通过示踪粒子喷射管与三对钝体布置燃烧室实验件连接；所述的激光发生器通过信号线与同步器相连，所述的PIV镜头通过信号线与同步器相连，所述的同步器通过信号线与台式电脑a连接；所述的激光发生器与导光臂连接，导光臂与激光发射镜头连接；所述的示踪粒子发生器与示踪粒子喷射管用软管相连，示踪粒子喷射管与前侧板上的示踪粒子喷射管插孔相连，用于向三对钝体布置燃烧室实验件中释放示踪粒子；所述的压差及环境温度测试系统，包括直流电源、数据采集仪、压差传感器a、压差传感器b、压差传感器C、压差传感器d、热电偶、进口速度探针(52)、出口速度探针和台式电脑b ;所述的直流电源通过电线与数据采集仪连接，所述的进口速度探针(52)通过软胶管分别与压差传感器a和压差传感器c连接；所述的出口速度探针通过软胶管分别与压差传感器b和压差传感器d连接，同时也与压差传感器c连接；所述的热电偶置于环境中，所述的压差传感器a、压差传感器b、压差传感器C、压差传感器d和热电偶均通过信号线与数据采集仪连接；数据采集仪与台式电脑b通过信号线连接。本专利技术的工作过程如下气体通过进气法兰流入三对钝体布置燃烧室实验件，示踪粒子喷射管在前侧板示踪粒子喷射管插孔位置释放示踪粒子。示踪粒子喷射管的形成极好的喷射效果，气流通过前侧板，均匀地掺混示踪粒子。掺混有示踪粒子的气体，流经前钝体和后钝体，在燃烧室测试区域形成可观测速度分布区域。然后，气流通过排气法兰排到大气当中。台式电脑通过同步器控制激光发生器和PIV镜头，控制激光发生器激光发生频率、激光发生强度、PIV镜头拍照频率以及激光发生器激光发生和PIV镜头拍照同步匹配。激光发生器发射的激光，经由激光导光臂，由激光发射镜头投射到三对钝体布置燃烧室实验件内的指定区域。空气压缩机将压缩空气输送至储气瓶，高压空气经储气瓶流经气体净化瓶至示踪粒子发生器，示踪粒子由示踪粒子发生器释放，通过示踪粒子喷射管进入三对钝体布置燃烧室实验件与主气流产生示踪粒子分布均匀的流场。PIV镜头拍摄散射激光的速度场示踪粒子，将拍摄图片传入电脑a后，经软件计算处理显示测试三对钝体布置燃烧室实验件内区域速度分布状况。进口速度探针(52 )用于测量三对钝体布置燃烧室实验件进口流速，出口速度探针用于测量三对钝体布置燃烧室实验件出口流速，电脑通过数据采集软件，对数据采集仪的压差和温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃氢燃气轮机燃烧室流场特性实验装置，其特征在于：包括三对钝体布置燃烧室实验件（1）、PIV测试台架（2）、PIV测试系统（33）和压差及环境温度测试系统（44）；所述的三对钝体布置燃烧室实验件（1），包括前侧板（3）、后侧板（4）、底板（5）、前钝体（6）、后钝体及其附属机构（7）、前顶板（8）、哑光玻璃、顶面玻璃板（57）、侧面玻璃板（58）、后顶板（10）、进气法兰（55）和排气法兰（56）；所述的底板（5）上开有底板玻璃卡槽（15）、后钝体移动槽道（16）、前钝体嵌槽（17）和气孔（19），并布置有螺杆支座（18）；所述的前顶板（8）和后顶板（10）均开有顶板玻璃卡槽（13）；所述的前侧板（3）有两块、其下边缘分别与底板（5）的左右两侧相连、上边缘分别与前顶板（8）的左右两侧相连；所述的后侧板（4）有两块、其下边缘分别与底板（5）的左右两侧相连、上边缘分别与后顶板（10）的左右两侧相连；所述的前侧板（3）、后侧板（4）、底板（5）、底板玻璃卡槽（15）和顶板玻璃卡槽（13）内布置的哑光玻璃板（9）、顶面玻璃板（57）和侧面玻璃板（58）构成三对钝体布置燃烧室实验件（1）的主流通道；前侧板（3）上开有示踪粒子喷射管插孔（14）；前顶板（8）开有进口速度探针插孔（11），后顶板（10）开有出口速度探针插孔（12）；所述的底板（5）含有气孔（19），用于后钝体（21）的气体喷射实验；所述的前钝体（6）嵌于底板（5）中的前钝体嵌槽（17）中，以防止前钝体（6）随气流发生移动；所述的后钝体及其附属机构（7）包括后钝体（21）、螺杆（22）、后钝体支座（23）和后钝体支座轴承（25），后钝体支座（23）开有底孔（24），螺杆（22）与后钝体支座（23）相连，后钝体支座（23）通过底孔（24）穿入螺钉与后钝体（21）相连，螺杆（22）固定于螺杆支座（18）上，后钝体支座（23）底部布置有后钝体支座轴承（25），后钝体支座轴承（25）嵌入到底板（5）后钝体移动槽道（16）内，螺杆（22）可在螺杆支座（18）中转动，带动后钝体支座（23）连同后钝体（21）沿三对钝体布置燃烧室实验件（1）轴向移动，用以调节后钝体（21）与前钝体（6）之间的间距；所述的进气法兰（55）与三对钝体布置燃烧室实验件（1）的前部连接，排气法兰（56）与三对钝体布置燃烧室实验件（1）的后部连接；所述的PIV测试台架（2）包括铁桌（26）、主支架（27）和可调支架（28），所述的可调支架（28）包括顶部角钢（30）、带孔钢条（31）和PIV镜头挂置钢条（32）；可调支架（28）与主支架（27）通过顶部角钢（30）连接，主支架（27）通过螺栓与铁桌（26）连接；所述的PIV镜头挂置钢条（32）上通过螺钉与PIV镜头（41）连接；带孔钢条（31）的孔穿入螺栓与PIV镜头挂置钢条（32）连接；带孔钢条（31）通过穿过的螺栓与顶部角钢（30）连接，顶部角钢（30）两侧的螺孔通过穿入螺栓固定在主支架（27）的主支架滑道（29）上；所述的PIV测试系统（33）包括空气压缩机（34）、储气瓶（35）、气体净化瓶（36）、示踪粒子发生器（37）、激光发生器（38）、导光臂（39）、激光发射镜头（40），PIV镜头（41）、同步器（42）和台式电脑a（43），所述的空气压缩机（34）与储气瓶（35）通过软管连接，储气瓶（35）与气体净化瓶（36）通过软管连接，气体净化瓶（36）与示踪粒子发生器（37）通过软管连接；所述的示踪粒子发生器（37）通过示踪粒子喷射管（20）与三对钝体布置燃烧室实验件（1）连接；所述的激光发生器（38）通过信号线与同步器（42）相连，所述的PIV镜头（41）通过信号线与同步器（42）相连，所述的同步器（42）通过信号线与台式电脑a（43）连接；所述的激光发生器（38）与导光臂（39）连接，导光臂（39）与激光发射镜头（40）连接；所述的示踪粒子发生器（37）与示踪粒子喷射管（20）用软管相连，示踪粒子喷射管（20）与前侧板（3）上的示踪粒子喷射管插孔（14）相连，用于向三对钝体布置燃烧室实验件（1）中释放示踪粒子；所述的压差及环境温度测试系统（44），包括直流电源（45）、数据采集仪（46）、压差传感器a（47）、压差传感器b（48）、压差传感器c（49）、压差传感器d（50）、热电偶（51）、进口速度探针（52）、出口速度探针（53）和台式电脑b（54）；所述的直流电源（45）通过电线与数据采集仪（46）连接，所述的进口速度探针（52）通过软胶管分别与压差传...
【技术特征摘要】
1.一种燃氢燃气轮机燃烧室流场特性实验装置，其特征在于包括三对钝体布置燃烧室实验件(I)、Piv测试台架(2)、PIV测试系统(33)和压差及环境温度测试系统(44)；所述的三对钝体布置燃烧室实验件(I )，包括前侧板(3)、后侧板(4)、底板(5)、前钝体(6)、后钝体及其附属机构(7)、前顶板(8)、哑光玻璃、顶面玻璃板(57)、侧面玻璃板(58)、后顶板(10)、进气法兰(55)和排气法兰(56);所述的底板(5)上开有底板玻璃卡槽(15)、后钝体移动槽道(16)、前钝体嵌槽(17)和气孔(19)，并布置有螺杆支座(18);所述的前顶板(8)和后顶板(10)均开有顶板玻璃卡槽(13);所述的前侧板(3)有两块、其下边缘分别与底板(5)的左右两侧相连、上边缘分别与前顶板(8)的左右两侧相连；所述的后侧板(4)有两块、其下边缘分别与底板(5)的左右两侧相连、上边缘分别与后顶板(10)的左右两侧相连；所述的前侧板(3 )、后侧板(4 )、底板(5 )、底板玻璃卡槽(15)和顶板玻璃卡槽(13 )内布置的哑光玻璃板(9)、顶面玻璃板(57)和侧面玻璃板(58)构成三对钝体布置燃烧室实验件(I)的主流通道；前侧板(3)上开有示踪粒子喷射管插孔(14);前顶板(8)开有进口速度探针插孔(11)，后顶板(10)开有出口速度探针插孔(12);所述的底板(5)含有气孔(19)，用于后钝体(21)的气体喷射实验；所述的前钝体(6)嵌于底板(5)中的前钝体嵌槽(17)中，以防止前钝体(6)随气流发生移动；所述的后钝体及其附属机构(7)包括后钝体(21)、螺杆(22)、后钝体支座(23)和后钝体支座轴承(25 )，后钝体支座(23 )开有底孔(24 )，螺杆(22 )与后钝体支座(23 )相连，后钝体支座(23)通过底孔(24)穿入螺钉与后钝体(21)相连，螺杆(22)固定于螺杆支座(18)上,后钝体支座(23)底部布置有后钝体支座轴承(25),后钝体支座轴承(25)嵌入到底板(5 )后钝体移动槽道(16 )内，螺杆(22 )可在螺杆支座(18 )中转动，带动后钝体支座(23 )连同后钝体(21)沿三对钝体布置燃烧室实验件(I)轴向移动，用以调节后钝体(21)与前钝体(6)之间的间距；所述的进气法兰(55 )与三对钝体布置燃烧室实验件(I)的前部连接，排气法兰(56 )与三对钝体布置燃烧室实验件(I)的后部连接；所述的PIV测试台架(2)包括铁桌(26)、主支架(27)和可调支架(28)，所述的可调支架(28)包括顶部...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓洋波，王玉龙，徐震，孙海涛，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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