一种炉头、火焰炉的制作方法

1.本技术涉及火焰燃烧领域，具体而言，涉及一种炉头、火焰炉。


背景技术：

2.随着科技不断进步，科研不断深入。对预混层流火焰速度测量和层流蜂窝状火焰现象观测的需求越来越多。
3.而目前却缺乏对预混层流火焰速度测量和层流蜂窝状火焰现象观测的有效设备。


技术实现要素：

4.本技术实施例的第一目的在于提供一种炉头，使可燃性气体在炉头上发生燃烧，并且测量可燃性气体在不同温度的炉头环境中的燃烧温度。
5.本技术实施例的另一个目的在于提供一种火焰炉，其能够解决目前缺乏对不同温度下预混层流火焰速度测量及其燃烧现象观测的有效设备的技术问题。
6.第一方面，本技术实施例提供一种炉头，包括导流体、燃烧头和保温套。其中，导流体具有沿设定方向设置的第一气流通道。第一气流通道从第一开口沿设定方向逐渐收缩并终止于第二开口。燃烧头套设于导流体上，其上设有部分暴露第二开口的燃烧孔。燃烧孔中设有燃烧网。燃烧网上设有测温元件。测温元件以燃烧网的中心环状排列设置，且以设定距离设置多环。保温套套设于燃烧头上，且二者之间具有以形成空腔的间隙。空腔用于以通入换热介质控制第一气流通道内的温度。
7.在上述实现过程中，炉头的导流体被设置为内部具有第一气流通道的结构。这里第一气流通道具有沿通道方向逐渐收缩的特点，使得导流体成为第二开口小于第一开口的结构，进而使得导流体内在有气流从第一气流通道经由导流体第二开口向第一开口流过时，能够起到聚集气流的作用。
8.另外，在导流体上套设燃烧头，并在燃烧头上开设燃烧孔，且燃烧孔具有部分或全部暴露导流体的第二开口的特点，使得气流能够部分或全部聚集于燃烧孔；在燃烧孔中设置燃烧网，并在燃烧网上设置测温元件，使得可燃性气体在燃烧网处发生燃烧，并通过测温元件测量火焰的燃烧温度。
9.同时，在燃烧头上套设保温套，并使保温套与燃烧头之间具有一定的间隙，使得保温套与燃烧头之间形成具有一定空间的空腔。进而可以通过在空腔中通入换热介质的方式，使保温套包裹下的导流体具有一定的温度。可以通过通入恒温的换热介质，使导流体内部的温度保持恒定，也可以通过通入变温的换热介质，使导流体内部的温度产生变化。总之，通过以设置保温套以及在保温套内的空腔通入换热介质的方式使得炉头内部温度受换热介质的温度影响，而不受环境温度的影响，起到隔绝环境的作用，使得炉头及其内部环境成为一个独立的小系统，进而使得燃烧网边缘具有稳定的温度。
10.在燃烧网上设置测温元件，使得可燃性气体在燃烧网上发生燃烧，能够通过测温元件实现燃烧温度的测量；通过以同心圆环状设置的方式，使得测温元件分布均匀，使温度
的测量更加准确。
11.结合第一方面，保温套上设有与空腔联通的炉头进料管和炉头出料管。
12.在上述实现过程中，通过炉头进料管可以向空腔内部通入换热介质，然后经由炉头出料管排出换热介质。
13.需要注意的是，这里可以根据实际需求通入换热介质和排出换热介质，比如实际情况下，火焰燃烧在较短的时间内即可结束，那么只需通过炉头进料管通入换热介质，在燃烧结束后，通过炉头出料管排出换热介质；另一种情况，为了防止外界环境温度对火焰燃烧的影响，同时又需要火焰燃烧较长的时间以取得更好的温度测量和火焰燃烧观测效果，这时换热介质就需要持续不断的通入，以防止换热介质在较长时间后冷却，导致环境温度对火焰燃烧温度测量和火焰燃烧现象观测的结果产生影响。这时需要持续不断的向空腔内通入换热介质。在另一种极端的情况下，炉头进料管和炉头出料管可以为同一个管，即只设置一个管，既充当炉头进料管又充当炉头出料管。
14.第二方面，本技术实施例提供一种火焰炉，包括上述的炉头和炉膛。其中，炉膛连接于炉头的第一开口处，且其设有沿设定方向设置的第二气流通道。第二气流通道中设有混合隔板。混合隔板设有多个通槽，通槽内设有多个气孔。炉膛具有炉壁，炉壁内设有腔室，腔室用于以通入换热介质控制第二气流通道内的温度。第二气流通道与第一气流通道联通，且气流从第二气流通道流向第一气流通道。
15.在上述实现过程中，炉膛被设置为内部具有第二气流通道的结构，使得气流能够在其内部流通。
16.另外，炉膛连接于上述的炉头，第二气流通道与第一气流通道联通，使得气流能够通过炉膛的第二气流通道流入炉头内，并经由炉头的导流体第二开口向第一开口流通，并聚集气流于燃烧网处。在这个过程中，气流要先流过混合隔板，并通过混合隔板上的气孔继续沿着第二气流通道向第一气流通道流通。要注意的是，气流可以是单一组分的气体，也可以是多种组分气体的混合气体。混合隔板的作用是使气流达到均一稳定。在气流经过混合隔板后，气流流动状态得到改善，形成均一的稳流，在第二气流通道设计的足够长的情况下，在继续流向第一气流通道的过程中逐渐形成层流的流动状态。但是由于炉膛的炉壁也会存在一定阻滞气流流动进而影响气流流动状态的情况，所以将导流体设计为逐渐收缩的形状，在气流由第二气流通道流向第一气流通道的过程中，逐渐收缩的导流体一方面使气流集中，另一方面减轻炉膛的炉壁对气流阻滞影响气流的层流流动状态的影响，使得气流到达燃烧网时依然处于均一稳定的层流流动状态。
17.而影响气流流动状态的因素还包括温度，不同的温度会影响气流的粘滞阻力，进而改变气流的流动状态，而气流的流动状态又会影响其燃烧时的燃烧状态，当气流处于均一稳定的状态时，气流燃烧也处于均一稳定的状态，火焰燃烧层处于同一水平高度，即火焰燃烧时，在同一水平高度的燃烧温度是相同的，便于火焰燃烧速度的测量，也便于火焰燃烧现象的观测；若气流处于非均一稳定的流动状态，火焰燃烧时也处于非均一稳定的燃烧，同一水平高度的火焰燃烧温度也就不同，则导致火焰燃烧速度的测量产生偏差，同时不利于火焰燃烧现象的观测。
18.在上述火焰燃烧速度的测量中，可以通过设置在燃烧网上的测温元件测得燃烧网上各处火焰燃烧的温度，根据气体在均一稳定的燃烧状态下，火焰燃烧速度等于未燃烧气
体的来流速度的原理，当燃烧网上各处的测温元件的温度一致时，即可得知火焰处于均一稳定的燃烧状态，此时火焰的燃烧速度即为未燃烧气体的来流速度。
19.因此，为了避免外界环境的温度对气流产生粘滞阻力改变进而改变气流流动状态的影响，需要使得气流与外界环境隔绝，同时根据实际火焰燃烧时的需要调整气流的温度，以便于测量气流在不同的温度下的燃烧速度的测量和燃烧现象的观测。
20.为此，炉膛被设置为具有一定厚度的结构，其炉壁内设置腔室。使得可以通过在腔室中通入换热介质的方式，使炉膛具有一定的温度。可以通过通入恒温的换热介质，使炉膛内部的温度保持恒定，也可以通过通入变温的换热介质，使炉膛内部的温度产生变化。总之，通过以设置腔室以及在腔室内通入换热介质的方式使得炉膛内部温度受换热介质的温度影响，而不受环境温度的影响，起到隔绝环境的作用，使得炉膛及其内部环境成为一个独立的小系统。避免外界环境温度对气流产生不利影响。
21.需要注意的是，炉膛和炉头由于均通过通入换热介质的方式，使得炉膛和炉头均成为独立于外界环境而存在的小系统，不受外界环境的干扰。根据实际需要，可以设置炉膛和炉头为同一温度，也可以设置为不同的温度。这需要根据实际需求进行适应性改变。
22.结合第二方面，炉壁上设有与腔室联通的炉膛进料管和炉膛出料管。
23.在上述实现过程中，通过炉膛进料管可以向腔室内部通入换热介质，然后经由炉膛出料管排出换热介质。
24.需要注意的是，这里可以根据实际需求通入换热介质和排出换热介质，比如实际情况下，火焰燃烧在较短的时间内即可结束，那么只需通过炉头进料管通入换热介质，在燃烧结束后，通过炉头出料管排出换热介质；另一种情况，为了防止外界环境温度对火焰燃烧的影响，同时又需要火焰燃烧较长的时间以取得更好的温度测量和火焰燃烧观测效果，这时换热介质就需要持续不断的通入，以防止换热介质在较长时间后冷却，导致环境温度对火焰燃烧温度测量和火焰燃烧现象观测的结果产生影响。这时需要持续不断的向空腔内通入换热介质。在另一种极端的情况下，炉膛进料管和炉膛出料管可以为同一个管，即只设置一个管，既充当炉膛进料管又充当炉膛出料管。
25.结合第二方面，火焰炉还包括保温外壳。保温外壳套设于炉膛外。
26.在上述实现过程中，由于炉膛的体积在实际的需求中可能大于炉头的体积，使得炉膛通过通入换热介质达到隔绝外界环境干扰的能力不如炉头通过通入换热介质达到隔绝外界环境干扰的能力，所以需要在炉膛外再套设一层保温外套，使炉膛结合通入换热介质的方式能够达到更好的隔绝外界环境的能力。
27.结合第二方面，火焰炉还包括炉盖。炉盖盖在炉头上。
28.结合第二方面，炉膛远离炉头的一端设有进气管。
29.在以上的实现过程中，本技术通过提供一种以通入换热介质实现将外界环境隔绝的火焰炉，可以通过调节通入炉头和炉膛的换热介质的温度，改变炉头和炉膛的温度，使得火焰燃烧能够在不同的温度条件下进行。解决了目前缺乏对预混层流火焰速度测量和层流蜂窝状火焰现象观测的有效设备的技术问题。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为本技术实施例提供的一种火焰炉的结构示意图；
32.图2为本技术实施例提供的一种火焰炉去除炉盖后的结构示意图；
33.图3为本技术实施例提供的一种火焰炉的俯视图；
34.图4为本技术实施例提供的一种火焰炉的剖视图；
35.图5为本技术实施例提供的一种火焰炉的炉头的剖视图；
36.图6为本技术实施例提供的一种火焰炉的炉盖的结构示意图；
37.图7为本技术实施例提供的一种火焰炉的混合隔板的结构示意图。
38.图标：100
‑
炉盖；200
‑
炉头；300
‑
保温外壳；400
‑
炉膛；500
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连接法兰；
39.600
‑
密封垫；700
‑
进气管；800
‑
燃烧网；900
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第一o型圈；1000
‑
第二o型圈；1100
‑
混合隔板；401
‑
炉膛进料管；402
‑
炉膛出料管；403
‑
腔室；
40.201
‑
导流体；202
‑
燃烧头；203
‑
保温套；2011
‑
第一开口；2012
‑
第二开口；
41.2021
‑
燃烧孔；2031
‑
炉头进料管；2032
‑
炉头出料管；1101
‑
通槽；1102
‑
气孔。
具体实施方式
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.以下通过本技术的实施例结合附图1至附图7对本技术进行具体说明：
45.第一方面，本技术实施例提供一种炉头200。
46.首先，如图5所示，炉头200包括导流体201。
47.本示例中，导流体201设置为圆柱形。在导流体201的中心开设沿图5所示的箭头方向设置的第一气流通道。该第一气流通道从第一开口2011沿所述箭头方向逐渐收缩并终止于第二开口2012。形成了具有一端开口小于另一端开口的中空型柱状体结构。使得气流从第一开口2011向第二开口2012流动时，能够在逐渐收缩于第二开口2012的路径上被聚集，进而起到稳定气流的作用。
48.本示例中，导流体201竖直设置，且开口较小的一端(即第二开口2012)位于上方。
49.应当理解的是，本示例给出的导流体201仅是本技术的一种实施方式，本技术并没有对导流体201的形状和构造做出唯一的限定。导流体201也可以被构造为其他的形状，例如方形的、圆台状的结构等。
50.其次，如图5所示，炉头200还包括燃烧头202。燃烧头202套设在导流体201上。
51.本示例中，燃烧头202被构造为圆形的且具有部分或全部暴露第二开口2012的燃烧孔2021的结构。燃烧孔2021的大小根据实际需要进行设计。本示例中，燃烧孔2021被设计为直径小于第二开口2012的直径。
52.另外，本示例中，在燃烧孔2021中设置燃烧网800，使可燃性气体在燃烧网800处点火并燃烧。为了测量火焰燃烧时的温度，需要在燃烧网800上设置测温元件。本示例中，测温元件以燃烧网800的中心环状排列设置，并设置多环，例如可以设置一环，也可以是两环，也可以是三环，也可以是四环，也可以是五环，具体设置多少环可以根据实际测量精度的需要进行设置；每一环上可以设置一个测温元件，也可以设置两个测温元件，也可以设置三个测温元件，也可以设置四个测温元件，也可以设置五个测温元件，每一环具体设置多少个测温元件可以根据实际测量需要进行设置。
53.在本示例中，选取t型热电偶作为测温元件，用来作为可燃性气体燃烧时的温度测量元件。
54.在优选的实施方式中，可以在燃烧网800中心焊接2路热电偶，在直径φ8的圆上布置3路热电偶，直径φ22的圆上布置3路热电偶，直径φ35的圆上布置3路热电偶，每个圆上的热电偶均布且每层互错位60
°
角度，共计11路热电偶。
55.应当理解的是，燃烧头202采用如图5所示的构造是为了配合上述导流体201的形状的需要。本示例给出的燃烧头202的形状和构造并不被本示例唯一的限定。燃烧头202也可以被构造为其他的形状，例如方形的、圆台状的结构等。
56.然后，如图5所示，炉头200还包括保温套203。保温套203套设在燃烧头202上。
57.本示例中，保温套203被构造为圆形壳状结构。其与燃烧头202连接，组成为密封的结构。且二者之间具有一定间隙，以形成具有一定空间的环绕于燃烧头的空腔。在空腔中通入换热介质达到控制第一气流通道内的温度的目的。
58.应当理解的是，保温套203采用如图5所示的构造是为了配合上述燃烧头202的形状的需要。本示例给出的保温套203的形状和构造并不被本示例唯一的限定。保温套203也可以被构造为其他的形状，例如方形的、圆台状的结构等。
59.另一方面，本技术中保温套203与燃烧头202之间形成的空腔呈环形。但是空腔的形制并不被本技术唯一的确定。应当理解的是，任何具有环绕于燃烧头的特征的空腔都是能够满足本技术的，空腔并不被唯一限定为环形的，也可以为方形的、多边形的或者是沿图5所示的箭头方向由上至下变径的环形等。
60.需要说明的是，本示例中，因为水具有较好的流动性和导热性，所以本示例中采用水作为换热介质。但是本示例并不对换热介质作唯一的限定。在另一些实施方式中，换热介质也可以采用其他的物质例如油。
61.如图5所示，保温套203上设置了与空腔联通的用于通入换热介质的炉头进料管2031和用于排出换热介质的炉头出料管2032。
62.本示例中，炉头进料管2031和炉头出料管2032对称设置。但是在另一些示例中，炉头进料管2031和炉头出料管2032并非对称设置，例如间隔90
°
设置、间隔120
°
设置等等。
63.在另一些极端的示例中，炉头进料管2031和炉头出料管2032可以为同一个管。这是在火焰燃烧在短时间内即可结束的情况下的设置方式。此时短时间内换热介质并不会产生巨大的温度差异，即炉头200的内部温度不会在短时间内发生巨大的变化，对实验的结果不会产生决定性的影响。
64.如图5所示，本示例中，燃烧头202在与导流体201套设连接时，二者之间还采用了第一o型圈900作为连接中间体。第一o型圈900既起到密封的作用，又起到加强连接的作用。
65.第二方面，本技术的实施例提供一种火焰炉，如图4所示，包括上述的炉头200和炉膛400。
66.其中，炉膛400被构造为圆柱状，且连接于炉头200的第一开口2011处。炉膛400内部设有沿图4所示的箭头方向设置的第二气流通道，且第二气流通道与第一气流通道联通。使用时，气流首先经过第二气流通道，然后进入第一气流通道。
67.同时炉膛400具有炉壁。炉壁内设有腔室403。在腔室中通入换热介质达到控制第二气流通道内的温度的目的。
68.如图4所示，炉膛400与炉头200在连接时，二者之间还采用了第二o型圈1000作为连接中间体。第二o型圈1000既起到密封的作用，又起到加强连接的作用。
69.如图4所示，炉膛400与炉头200在连接时，二者之间的连接部分还使用了密封垫600，使得炉膛400与炉头200的连接保持一定的气密性。
70.本示例中，如图4所示，炉膛400的腔室403是在炉膛400的炉壁中掏挖出来的环形的密闭的空腔。应当理解的是，腔室403是根据本示例中的炉膛400的结构设置的，但是其形制并不被本技术唯一的限定。在炉膛400呈方形时，腔室403也可以方形；在炉膛400为多边形时，腔室403也可以为多边形；同时为了满足其他特殊的需求，腔室403也可以设计为沿图5所示的箭头方向由上至下变径的环形等。
71.应当理解的是，炉膛400采用如图4所示的构造是为了配合上述炉头200的形状的需要。本示例给出的炉膛400的形状和构造并不被本示例唯一的限定。炉膛400也可以被构造为其他的形状，例如方形的、圆台状的结构等。
72.需要说明的是，本示例中，因为水具有较好的流动性和导热性，所以本示例中采用水作为换热介质。但是本示例并不对换热介质作唯一的限定。在另一些实施方式中，换热介质也可以采用其他的物质例如油。
73.结合第二方面，本示例中，炉壁上设有与腔室联通的炉膛进料管401和炉膛出料管402。
74.炉膛进料管401和炉膛出料管402对称设置。但是在另一些示例中，炉膛进料管401和炉膛出料管402并非对称设置，例如间隔90
°
设置、间隔120
°
设置等等。
75.在另一些极端的示例中，炉膛进料管401和炉膛出料管402可以为同一个管。这是在火焰燃烧在短时间内即可结束的情况下的设置方式。此时短时间内换热介质并不会产生巨大的温度差异，即炉膛400的内部温度不会在短时间内发生巨大的变化，对实验的结果不会产生决定性的影响。
76.如图4和图7所示，第二气流通道中设有混合隔板1100。混合隔板1100被构造为圆盘状。混合隔板1100上设有多个通槽1101。每个通槽1101内设有多个气孔1102。
77.本示例中，在气流经由第二气流通道流向第一气流通道的过程中，会先通过混合隔板1100，通过在混合隔板1100上设置通槽1101，并在通槽1101中开设气孔1102，使得气流通过混合隔板1100后形成稳定的流动状态。在本技术使用混合的可燃性气体作为燃烧气体时，混合隔板1100能够使混合气流达到均匀的混合状态。
78.应当理解的是，混合隔板1100采用如图4或图7所示的构造是为了配合上述炉膛400的形状的需要。本示例给出的混合隔板1100的形状和构造并不被本示例唯一的限定。混合隔板1100也可以被构造为其他的形状，例如方形的、圆台状的结构等。
79.结合第二方面，如图1、图2和图4所示，本示例的火焰炉还包括保温外壳300。保温外壳300被构造为空心圆柱状结构。保温外壳300套设于炉膛400外。以达到炉膛400结合通入腔室内的换热介质的方式能够达到更好的隔绝外界环境，防止外界环境对炉膛内部的影响。
80.应当理解的是，保温外壳300采用如图1、图2和图4所示的构造是为了配合上述炉膛400的形状的需要。本示例给出的保温外壳300的形状和构造并不被本示例唯一的限定。保温外壳300也可以被构造为其他的形状，例如方形的、圆台状的结构等。
81.结合第二方面，如图1和图6所示，本技术的火焰炉还设有炉盖100。炉盖100被用于密封炉头200，使火焰炉在不使用时，燃烧头不被暴露在空气中。
82.如图4所示，本示例的火焰炉的底部设置有连接法兰500。通过连接法兰500使得本示例的火焰炉能够便于安装和拆卸于任意平台上。
83.结合第二方面，如图4所示，炉膛400远离炉头的一端设有进气管700，进气管700用于向炉膛内通入可燃性气体。
84.结合第二方面，本示例中，为空腔和空室提供换热介质的设备可以为水浴加热锅。进一步的，可以采用两个水浴加热锅分别向空腔和腔室提供加热后的水，以使第一气流通道和第二气流通道保持恒定温度或者改变第一气流通道和第二气流通道的温度。在使第一气流通道和第二气流通道保持恒定温度时，需要将水浴锅调成恒温模式，并将水浴锅中的水不断的泵入空腔和腔室内，保证水的温度不会产生剧烈的变化。在需要改变第一气流通道和第二气流通道的温度时，则改变调整水浴锅的温度即可。
85.本技术在使用时，通过向设置在火焰炉的底部的进气管700通入可燃性气体。然后可燃性气体进入第二气流通道并经过混合隔板1100，使得气流趋于稳定(若可燃性气体为混合气体，那么混合隔板1100还可以使混合气体混合均匀)。然后可燃性气体从第二气流通道进入炉头200部分的第一气流通道，通过第一气流通道的集流，使得可燃性气体在燃烧网800处聚集。最后点燃可燃性气体即可。由于燃烧网800上设置有热电偶，所以可以通过热电偶测得燃烧温度。
86.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。