单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统的制作方法

1.本发明涉及燃料燃烧技术领域，具体而言，本发明涉及单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统。


背景技术：

2.在不同种类和状态的燃料燃烧过程中，液态燃料具有不同的物理特性、产物特性和化学反应机理，为了更好的研究液态燃料的燃烧规律，使用单颗粒燃料液滴进行燃烧实验，可以更加清晰的观察到燃料的燃烧过程，为研究燃烧规律提供实验数据。但是由于液态物质的流动特性，一般的实验系统无法实现单颗粒燃料液滴的燃烧实验，并且燃料燃烧需要足够的高温环境，普通实验系统的安全性和经济性需要进一步提高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统。该系统能够在高温下完成单颗粒燃料液滴的燃烧实验，可以观察采集到液滴燃烧的整个过程并得到燃烧过程中图像变化，提供进一步研究液滴燃烧规律的数据。
4.在本发明的一个方面，本发明提出了一种单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统。根据本发明的实施例，该单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统包括：管式炉、工业相机、传送装置、送样针、测温组件和机器光源板；其中，所述管式炉具有炉体，所述炉体的两侧设有观察窗，所述炉体内限定有炉膛，所述炉体的侧壁设有与所述炉膛连通的进样通道；所述工业相机和所述机器光源板分别设在所述炉体设有所述观察窗的两侧；所述送样针设在所述传送装置上，且与所述测温组件相连；所述测温组件包括温度记录仪、热电偶丝和k型热电偶，所述热电偶丝设在所述送样针上，所述k型热电偶的一端穿过所述炉体的侧壁伸入所述炉膛。
5.采用根据本发明上述实施例的系统进行单颗粒燃料液滴燃烧高温实验，燃料液滴可以悬挂在送样针前端，通过控制传送装置将燃料液滴由进样通道送入管式炉的炉膛内。管式炉可以为燃料液滴燃烧提供高温环境，在高温环境中，燃料迅速燃烧并熄灭。管式炉的炉体两侧(正面和背面)均设有观察窗，机器光源板提供背光源，工业相机可通过观察窗记录液滴整个燃烧过程并进行保存。测温组件可以采集并保存液滴燃烧过程中的温度变化情况。由此，该系统能够在高温下完成单颗粒燃料液滴的燃烧实验，可以观察采集到液滴燃烧的整个过程并得到燃烧过程中图像变化，并获得燃料液滴的燃烧图像、燃烧时间、燃料中心温度变化等数据，以便对单液滴燃料的燃烧规律做进一步的分析。另外，该系统还具有易实现自动化控制，集成度高，操作简便等优点，可适用于各种科学研究和教学演示等。
6.另外，根据本发明上述实施例的单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统还可以具有如下附加的技术特征：
7.在本发明的一些实施例中，所述炉体的侧壁上设有与所述炉膛连通的进气口和出气口。
8.在本发明的一些实施例中，所述炉膛的内径为45mm～55mm。
9.在本发明的一些实施例中，所述工业相机的采集频率不小于50fps。
10.在本发明的一些实施例中，所述送样针上沿长度方向具有贯穿所述送样针的双孔，所述热电偶丝从所述双孔穿出，并在所述送样针的前端形成u型结构。
11.在本发明的一些实施例中，所述送样针的直径为2mm，所述双孔的孔径为0.5mm，所述热电偶丝的直径为0.05mm。
12.在本发明的一些实施例中，伸入所述炉膛的所述k型热电偶的长度不大于0.5mm。
13.在本发明的一些实施例中，所述传送装置为丝杆传动。
14.在本发明的一些实施例中，所述传送装置包括可升降的平台，所述送样针设在所述平台上。
15.在本发明的一些实施例中，所述机械光源板与所述观察窗的间距不大于50mm。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1是根据本发明一个实施例的单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统的结构示意图；
19.图2是根据本发明一个实施例的单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统中送样针和热电偶丝的结构示意图。
20.附图标记：
21.1-管式炉，2-工业相机，3-传送装置，4-送样针，5-测温组件，6-机器光源板，
22.11-观察窗，12-炉膛，13-进气口，14-出气口，15-进样通道，
23.51-温度记录仪，52-热电偶丝，53-k型热电偶。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
27.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本发明的一个方面，本发明提出了一种单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统。参考图1和图2，根据本发明的实施例，该单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统包括：管式炉1、工业相机2、传送装置3、送样针4、测温组件5和机器光源板6；其中，管式炉1具有炉体，炉体的两侧设有观察窗11，炉体内限定有炉膛12，炉体的侧壁设有与炉膛12连通的进样通道15；工业相机2和机器光源板6分别设在炉体设有观察窗11的两侧；送样针4设在传送装置3上，且与测温组件5相连；测温组件5包括温度记录仪51、热电偶丝52和k型热电偶53，热电偶丝52设在送样针4上，k型热电偶53的一端穿过炉体的侧壁伸入炉膛12。
30.下面进一步对根据本发明实施例的单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统进行详细描述。
31.根据本发明的一些实施例，管式炉1适于提供为燃料液滴燃烧提供高温环境。具体的，燃烧样品可在炉膛12的中心处完成燃烧，管式炉1可以使用多段温度控制，最高加热温度1200℃。管式炉1的炉体正面和背面均设有观察窗11(例如可以采用石英观察窗)，可以直接观察到炉膛12(也称为中心通孔)内的燃烧情况。工业相机2可以收集燃料液滴的燃烧图像，测温组件5中的k型热电偶53的一端伸入炉膛12，用于监测炉膛12中的实际温度。
32.根据本发明的一些实施例，炉膛12的内径可以为45mm～55mm，优选为50mm。
33.根据本发明的一些实施例，工业相机2的采集频率不小于50fps。由此，可以实时采集液滴燃烧时的变化特征。另外，根据本发明的一些实施例，工业相机2的画幅可以为10mm
×
10mm。
34.根据本发明的一些实施例，伸入炉膛12的k型热电偶的长度不大于0.5mm，例如可以为0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm等。如果伸入炉膛12的k型热电偶的长度过大，则可能阻碍液滴颗粒燃烧过程的拍摄，遮挡画面等。
35.根据本发明的一些实施例，管式炉1炉体的侧壁上设有与炉膛12连通的进气口13和出气口14。在燃烧前和燃烧后，可通过进气口13和出气口14向炉膛12内通入干燥空气进行吹扫，吹扫过程中，可通过球阀控制气路的开关。
36.根据本发明的一些实施例，送样针4上沿长度方向具有贯穿送样针的双孔，热电偶丝52从双孔穿出，并在送样针4的前端形成u型结构。其中，送样针4可以为双孔陶瓷针，燃料液滴可悬挂在送样针4前端的热电偶丝u型结构处，可使用不同规格的微量注射器来控制液
滴尺寸。由此，热电偶丝52可测量燃料液滴的温度；另一方面，k型热电偶53可测量炉膛12内的实际温度。实验中，温度记录仪51可实时记录温度数据并进行保存和导出。
37.根据本发明的一些实施例，送样针4的直径为2mm，双孔的孔径为0.5mm，热电偶丝52的直径为0.05mm。需要说明的是，上述双孔的孔径是指双孔中一个孔的孔径为0.5mm。
38.根据本发明的一些实施例，传送装置3为丝杆传动。具体的，可通过控制器对传送装置3进行编程控制，控制其传动速度不小于200mm/s，例如可以为200mm/s、300mm/s等，传动距离可以设置为200mm。另外，根据本发明的一些实施例，传送装置3包括可升降的平台，送样针4设在该可升降的平台上，以便于调整送样针4的高度位置并固定送样针4。
39.根据本发明的一些实施例，机械光源板6与观察窗11的间距不大于50mm，例如可以为50mm、40mm、30mm、20mm等。如果机械光源板6与观察窗11的间距过大，则可能无法为中心通孔提供足够强度的光源背景。
40.根据本发明的一些实施例，本发明的单颗粒燃料液滴燃烧高温实验系统工作时，通过温控系统将管式炉1加热到设定温度，打开气路球阀吹扫管式炉1的炉膛12，使用微量注射器将燃料液滴悬挂于送样针4上，在打开工业相机2的拍摄模式后，启动传动装置3将送样针4迅速送入到炉膛12中心，当燃料液滴完成一次燃烧过程后，启动传动装置3将送样针4反向送出，此工作过程可以得到燃料液滴的燃烧图像、燃烧时间、燃料中心温度变化等数据，以便对单液滴燃料的燃烧规律做进一步的分析。
41.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
42.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。