低旋流燃燒器流動(dòng)特性研究實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種低旋流燃燒器流場(chǎng)特性研究實(shí)驗(yàn)裝置，本裝置由低旋流燃燒器流域?qū)嶒?yàn)件、PIV測(cè)試臺(tái)架、PIV測(cè)試系統(tǒng)、流速測(cè)量系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)不同旋流結(jié)構(gòu)參數(shù)和來(lái)流條件下，旋流器出口的速度矢量分布的測(cè)量。該裝置針對(duì)LSC(Low?swirl?combustion，簡(jiǎn)稱LSC)低旋流燃燒設(shè)計(jì)方案遇到的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)燃用富氫或純氫燃料新型的低旋流燃燒器，可以實(shí)施基于PIV（Particle?Image?Velocimetry，簡(jiǎn)稱PIV）測(cè)試技術(shù)的流動(dòng)特性研究。本裝置的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件可進(jìn)行換旋流器的更換，可以進(jìn)行低旋流燃燒器流動(dòng)特性的模擬。本裝置的PIV測(cè)試臺(tái)架中設(shè)有可調(diào)式支架，可以進(jìn)行PIV測(cè)試區(qū)域的調(diào)節(jié)?？梢赃M(jìn)行低旋流燃燒器流動(dòng)速度矢量分布可視化實(shí)驗(yàn)研究。
【專利說(shuō)明】低旋流燃燒器流動(dòng)特性研究實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及低旋流燃燒器的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于以煤電為主的中國(guó)電力工業(yè)來(lái)說(shuō)，環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)電力工業(yè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的“瓶頸”環(huán)節(jié)。據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，中國(guó)的CO2排放總量?jī)H次于美國(guó)，現(xiàn)在居于世界第二位，而其中火電廠的排放量已超過(guò)其他工業(yè)和移動(dòng)源的排放總和，占到了 50%以上。燃煤產(chǎn)生的勵(lì))(、502等污染物排放的50%也來(lái)自火電廠。在我國(guó)電力工業(yè)結(jié)構(gòu)中，火電約占74%，而火電中95%以上是煤電。可見，降低現(xiàn)有火電機(jī)組的污染物排放，并在新增發(fā)電裝機(jī)中采用更高效、更潔凈的“綠色煤電”技術(shù)是我國(guó)的電力工業(yè)當(dāng)前最重要和最迫切的任務(wù)。所以，積極開展IGCC關(guān)鍵技術(shù)研究，為國(guó)家和企業(yè)“綠色煤電”做技術(shù)儲(chǔ)備和工程示范，對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要意義。
[0003]燃?xì)廨啓C(jī)是IGCC的核心設(shè)備，其性能的提高是IGCC發(fā)展的前提。改用煤氣化產(chǎn)生的含氫量極高的合成氣體或純氫氣體燃料會(huì)產(chǎn)生燃燒穩(wěn)定性和N0X、CO污染物排放抑制等技術(shù)問(wèn)題。各國(guó)學(xué)者不斷提出并研究新概念的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)，并對(duì)幾種燃燒技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明，低旋流燃燒(LSC)技術(shù)是燃用IGCC含氫合成氣或純氫氣體燃?xì)廨啓C(jī)最理想的燃燒技術(shù)之一。
[0004]目前，IGCC燃?xì)廨啓C(jī)在現(xiàn)代先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行改造遇到的技術(shù)難點(diǎn)是，氫氣空氣混合物的層流火焰速度很高；氫氣空氣混合物的相對(duì)較高的絕熱溫度，燃燒產(chǎn)生大量氮氧化物；如果火焰溫度和氮氧化物排放量靠氮?dú)饣蛘羝♂尳档?，?huì)降低燃燒效率；如果采用貧燃料預(yù)混合，快速反應(yīng)和高燃燒速度會(huì)導(dǎo)致自燃和回火。針對(duì)這些技術(shù)難點(diǎn)，開發(fā)研制了新概念的低旋流燃燒器流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)裝置，可以實(shí)施基于PIV測(cè)試技術(shù)燃用富氫合成氣及純氫氣體的低旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)與性能及其與現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)匹配流動(dòng)特性的研究。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于PIV測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)不同幾何結(jié)構(gòu)和來(lái)流條件下低旋流燃燒器速度矢量分布、流動(dòng)狀態(tài)的流動(dòng)特性研究的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出如下技術(shù)方案:一種燃燒器流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)
[0007]統(tǒng)、流速測(cè)量系統(tǒng)組成:低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的結(jié)構(gòu)包括:長(zhǎng)方形的主流道箱體一端固定有進(jìn)氣板而另一端固定有出氣板。進(jìn)氣板上設(shè)有帶卡槽的圓孔，進(jìn)氣流道為前后分別固定有法蘭的圓筒。法蘭與進(jìn)氣板上設(shè)有帶卡槽的圓孔為緊密配合。出氣板上通過(guò)法蘭固定圓筒狀的出氣流道。PIV測(cè)試臺(tái)架的結(jié)構(gòu)包括:固定于臺(tái)架之中的平臺(tái)，固定于臺(tái)架上方的導(dǎo)軌。豎直支架下方通過(guò)帶有螺釘?shù)幕瑝K與導(dǎo)軌相連，而水平支架的一端設(shè)有開口并通過(guò)螺釘與豎直支架相連，水平支架的另一端設(shè)有U形夾件。U形夾件一側(cè)設(shè)有卡環(huán)而另一側(cè)設(shè)有螺釘iii。Piv測(cè)試系統(tǒng)包括:順序連接的空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣瓶、氣體凈化器、示蹤粒子發(fā)生器。該示蹤粒子發(fā)生器通過(guò)密封軟管與所述固定于臺(tái)架之中的平臺(tái)上的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的法蘭連接。激光發(fā)生器的一端與導(dǎo)光臂相連而另一端與同步器相連。固定在水平支架的U形夾件卡環(huán)上的PIV鏡頭與同步器相連，該同步器的出口與電腦連接。流速測(cè)量系統(tǒng)包括:安置于所述的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的法蘭前密封軟管中的速度探針與壓差傳感器相連，數(shù)據(jù)采集儀分別連接的壓差傳感器與所述電腦。出氣板上設(shè)有的法蘭m的數(shù)量為4個(gè)。數(shù)據(jù)采集儀連接直流電源。直流電源的電壓為24V。長(zhǎng)方形的主流道箱體的上側(cè)板與前側(cè)板為透明材質(zhì)。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0009]I)本裝置的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件可進(jìn)行換旋流器的更換，可以進(jìn)行低旋流燃燒器流動(dòng)特性的模擬。
[0010]2)本裝置的PIV測(cè)試臺(tái)架中設(shè)有可調(diào)式支架，可以進(jìn)行PIV測(cè)試區(qū)域的調(diào)節(jié)。
[0011]3)可以進(jìn)行低旋流燃燒器流動(dòng)速度矢量分布可視化實(shí)驗(yàn)研究。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0013]圖1:本實(shí)用新型的低旋流燃燒器流域?qū)嶒?yàn)件和PIV測(cè)試臺(tái)架組裝示意圖
[0014]圖2:本實(shí)用新型的低旋流燃燒器流域?qū)嶒?yàn)件示意圖
[0015]圖3:圖1中PIV測(cè)試臺(tái)架局部放大示意圖
[0016]圖4:本實(shí)用新型PIV測(cè)試系統(tǒng)及速度測(cè)量系統(tǒng)示意圖
[0017]圖中:1、進(jìn)氣板，2、主流道箱體，3、出氣板，4、進(jìn)氣流道，5、法蘭i，6、進(jìn)氣流道卡槽，7、法蘭ii，8、出氣流道，9、法蘭iii，10、臺(tái)架，11、平臺(tái)，12導(dǎo)軌，13、豎直支架，14、水平支架，15,U形夾件，16-1、螺釘i，16-2、螺釘ii，16-3、螺釘iii，17、卡環(huán)，20、儲(chǔ)氣瓶，21、氣體凈化器，22、空氣壓縮機(jī)，23、示蹤粒子發(fā)生器，24、激光發(fā)生器，25、導(dǎo)光臂，26、同步器，27、電腦，28、PIV鏡頭，29、直流電源，30、數(shù)據(jù)采集儀，31、壓差傳感器，32、速度探針。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本裝置由低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件、PIV測(cè)試臺(tái)架、PIV測(cè)試系統(tǒng)、流速測(cè)量系統(tǒng)組成。
[0019]低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件包括:進(jìn)氣板1、出氣板3、主流道箱體2、螺栓、法蘭。進(jìn)氣板I上固定有法蘭ii _7，進(jìn)氣流道4的一端與該法蘭i1-7連接而另一端固定有法蘭
1-5可與旋流器的流道相連。主流道箱體2材質(zhì)為有機(jī)玻璃，上側(cè)即激光射入的方向和前側(cè)為透明玻璃，底部和后部玻璃不透明，可噴以啞光黑漆防止反光。用螺栓連接的方式將進(jìn)氣板1、出氣板3與主流道箱體2連接為一體。出氣板3由有機(jī)玻璃和出氣口構(gòu)成，用有機(jī)玻璃做為板體并設(shè)有四個(gè)法蘭iii _9，分別與四個(gè)出氣流道8連接。
[0020]PIV測(cè)試臺(tái)架包括臺(tái)架10、平臺(tái)11與可調(diào)支架。所謂可調(diào)支架包括:導(dǎo)軌12、滑動(dòng)支架和Piv激光頭部固定裝置。平臺(tái)11固定于臺(tái)架10之中，導(dǎo)軌12固定在臺(tái)架10上部，豎直支架13通過(guò)設(shè)在導(dǎo)軌12中的滑塊可進(jìn)行前后的滑動(dòng)，并可用螺釘1-16-1固定位置。水平支架14的一端設(shè)有的開口套進(jìn)豎直支架13，可進(jìn)行上下的滑動(dòng)，并可以通過(guò)螺釘
i1-16-2與豎直支架13相鎖定位置。水平支架14另一端設(shè)有U形夾件15，可以進(jìn)行左右的滑動(dòng)，也可以用一側(cè)的螺釘ii1-16-3緊固，U形夾件15的另一側(cè)設(shè)有卡環(huán)17。由此，可以實(shí)現(xiàn)支架的三維調(diào)整。
[0021]PIV測(cè)試系統(tǒng)包括:低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件、空氣壓縮機(jī)22、儲(chǔ)氣瓶20、氣體凈化器21、示蹤粒子發(fā)生器23、激光發(fā)生器24、導(dǎo)光臂25、PIV鏡頭28、同步器26、電腦27。空氣壓縮機(jī)22與儲(chǔ)氣瓶20、氣體凈化器21、示蹤粒子發(fā)生器23順序連接。示蹤粒子發(fā)生器23通過(guò)密封軟管與固定于臺(tái)架10之中的平臺(tái)11上的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的法蘭1-5連接進(jìn)氣流道4，將示蹤粒子及氣體送入主流道箱體2中。激光發(fā)生器24與同步器26相連，PIV鏡頭28與同步器26相連，同步器26與電腦27連接。激光發(fā)生器24 (置于另一實(shí)驗(yàn)臺(tái)上圖中未顯示)發(fā)射的激光通過(guò)由卡環(huán)17固定位置的導(dǎo)光臂25，從主流道箱體3上方打入。PIV鏡頭28置于主流道箱體3前方的臺(tái)架上(圖中未顯示)進(jìn)行拍攝，通過(guò)信號(hào)線與電腦27連接。
[0022]流速測(cè)量系統(tǒng)包括:低旋流燃燒器流域?qū)嶒?yàn)件、電腦27、直流電源29、數(shù)據(jù)采集儀
30、壓差傳感器31、速度探針32。速度探針32安置在低旋流燃燒器流域?qū)嶒?yàn)件前方進(jìn)氣流道4中進(jìn)口流道前部通過(guò)密封軟管與壓差傳感器31相連，壓差傳感器31通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀30相連，數(shù)據(jù)采集儀30最后與臺(tái)式電腦27相連。直流電源29 (24V)與數(shù)據(jù)采集儀30連接。
[0023]本實(shí)用新型工作過(guò)程如下:
[0024]I)低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件工作過(guò)程:
[0025]將速度探針32套入進(jìn)氣流道4的前部用于測(cè)量進(jìn)口速度，可通過(guò)閥門調(diào)節(jié)進(jìn)口速度用以改變實(shí)驗(yàn)工況。
[0026]示蹤粒子通過(guò)密封管道進(jìn)入進(jìn)氣口流進(jìn)主流道箱體2。
[0027]通過(guò)進(jìn)氣流道4的卡槽6固定低旋流旋流器。通過(guò)可拆卸式的設(shè)計(jì)可裝入不同的旋流器。
[0028]氣體通過(guò)旋流器流入主流道，氣體內(nèi)摻混示蹤粒子最后由出氣口流出通過(guò)管道排出。
[0029]2) PIV測(cè)試臺(tái)架工作過(guò)程:
[0030]PIV鏡頭28固定于可調(diào)支架上，通過(guò)可調(diào)支架調(diào)節(jié)鏡頭距實(shí)驗(yàn)件的距離以及鏡頭拍攝區(qū)域。
[0031]3) PIV測(cè)試系統(tǒng)工作過(guò)程:
[0032]電腦27通過(guò)同步器26控制激光發(fā)生器24和PIV鏡頭28，控制激光發(fā)生器24的激光發(fā)生頻率、激光發(fā)生強(qiáng)度、PIV鏡頭拍照頻率以及激光發(fā)生器激光發(fā)生和PIV鏡頭28拍照同步匹配。激光由激光導(dǎo)光臂25發(fā)射到低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件內(nèi)的指定區(qū)域?？諝鈮嚎s機(jī)22將壓縮空氣存至儲(chǔ)氣瓶20，高壓空氣經(jīng)儲(chǔ)氣瓶20流經(jīng)氣體凈化瓶器21至示蹤粒子發(fā)生器23，示蹤粒子由示蹤粒子發(fā)生器23釋放并進(jìn)入低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件產(chǎn)生示蹤粒子分布的流場(chǎng)。
[0033]4)流速測(cè)量系統(tǒng)工作過(guò)程:電腦27通過(guò)數(shù)據(jù)采集軟件，對(duì)數(shù)據(jù)采集儀30的速度進(jìn)行采集和記錄。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒器流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:它由低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件、PIV測(cè)試臺(tái)架、PIV測(cè)試系統(tǒng)、流速測(cè)量系統(tǒng)組成: 1)、所述的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的結(jié)構(gòu)包括:長(zhǎng)方形的主流道箱體(2)—端固定有進(jìn)氣板(I)而另一端固定有出氣板(3)，所述進(jìn)氣板(I)上設(shè)有帶卡槽的圓孔，進(jìn)氣流道(4)為前后分別固定有法蘭i (5)與法蘭ii (7)的圓筒，而所述法蘭ii (7)與所述進(jìn)氣板(I)用螺栓緊固；所述出氣板(3)上通過(guò)法蘭iii(9)固定圓筒狀的出氣流道(8)； 2)、所述的PIV測(cè)試臺(tái)架的結(jié)構(gòu)包括:固定于臺(tái)架(10)之中的平臺(tái)(11)，固定于所述臺(tái)架(10)上方的導(dǎo)軌(12)，豎直支架(13)下方通過(guò)帶有螺釘i (16-1)的滑塊與導(dǎo)軌(12)相連，而水平支架(14)的一端設(shè)有開口并通過(guò)螺釘ii (16-2)與豎直支架(13)相連，所述水平支架(14)的另一端設(shè)有U形夾件(15)，所述U形夾件(15) —側(cè)設(shè)有卡環(huán)(17)而另一側(cè)設(shè)有螺釘iii( 16-3)； 3)所述的PIV測(cè)試系統(tǒng)包括:順序連接的空氣壓縮機(jī)(22)、儲(chǔ)氣瓶(20)、氣體凈化器(21)、示蹤粒子發(fā)生器(23)，該示蹤粒子發(fā)生器(23)通過(guò)密封軟管與所述固定于臺(tái)架(10)之中的平臺(tái)(11)上的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的法蘭i (5)連接；激光發(fā)生器(24)的一端與導(dǎo)光臂(25)相連而另一端與同步器(26)相連；固定在所述水平支架(14)的U形夾件(15)卡環(huán)(17)上的PIV鏡頭(28)與同步器(26)相連，該同步器(26)的出口與電腦(27)連接； 4)、所述的流速測(cè)量系統(tǒng)包括:安置于所述的低旋流燃燒器的流域?qū)嶒?yàn)件的法蘭i(5)前密封軟管中的速度探針(32)與壓差傳感器(31)相連，數(shù)據(jù)采集儀(30)分別連接所述的壓差傳感器(31)與所述電腦(27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述出氣板(3)上設(shè)有的法蘭iii(9)的數(shù)量為4個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集儀(30)連接直流電源(29)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述直流電源(29)的電壓為24V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述長(zhǎng)方形的主流道箱體(2 )的上側(cè)板與前側(cè)板為透明材質(zhì)。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK203658013SQ201420025295
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】鄧洋波, 徐震, 孫海濤 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)