可调节式对冲火焰实验系统

1.本实用新型涉及燃料燃烧实验技术领域，具体涉及一种可调节式对冲火焰实验系统。


背景技术：

2.对冲火焰作为研究燃烧学的一种基本实验系统，在燃烧领域发挥着重要的作用，特别实在基础研究领域，可以获取燃料的火焰传播速度、火焰拉伸率、熄灭极限等关键参数。实验中，为保证实验精度，上下喷嘴需进行对中调节，上下中心间距小于0.1mm。实际实验过程中，受加工精度限制以及安装限制，上下喷嘴的对中调节难度高，且耗时长。另外为确定燃料的相关特性，实验中变动上下喷嘴间距，使实验时间进一步增加。


技术实现要素：

3.本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种可调节式对冲火焰实验系统，该可调节式对冲火焰实验系统可快速的完成对实验设备的调节，节省实验耗时，降低实验成本，同时可进行大批量重复实验。
4.本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统包括第一喷嘴、第二喷嘴、对准组件和调节组件，所述第二喷嘴与所述第一喷嘴间隔并且相对设置；所述对准组件与所述第一喷嘴连接，所述对准组件用于驱动所述第一喷嘴移动以使所述第一喷嘴与所述第二喷嘴对准；所述调节组件与所述第二喷嘴和所述对准组件连接，所述调节组件用于驱动所述对准组件和/或所述第二喷嘴移动以调节所述第一喷嘴与所述第二喷嘴之间的距离。
5.本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统利用对准组件实现第一喷嘴与第二喷嘴的快速对准，利用调节组件实现第一喷嘴与第二喷嘴之间距离的快速调节，降低了第一喷嘴与第二喷嘴的对准调节难度，进而有利于缩短对冲火焰实验的时间。此外，本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统还可进行大批量重复实验，降低实验成本。
6.在一些实施例中，所述对准组件包括：
7.第一安装板，所述第一安装板与所述调节组件连接；
8.第二安装板，所述第一安装板和所述第二安装板间隔布置；
9.第三安装板，所述第三安装板与所述第二安装板间隔布置，且位于所述第二安装板远离所述第一安装板的一侧，所述第一喷嘴与所述第三安装板连接；
10.第一直行程执行机构，所述第一直行程执行机构设置在所述第一安装板与所述第二安装板之间，所述第一直行程执行机构用于驱动所述第二安装板移动；
11.第二直行程执行机构，所述第二直行程执行机构设置在所述第二安装板与所述第三安装板之间，所述第二直行程执行机构用于驱动所述第三安装板移动，所述第一直行程执行机构的驱动方向与所述第二直行程执行机构的驱动方向之间存在夹角。
12.在一些实施例中，所述对准组件还包括旋转轴和第一驱动装置，所述旋转轴与所述调节组件转动连接，所述旋转轴的一端与所述第一安装板固定连接；所述第一驱动装置
与所述调节组件固定且与所述旋转轴传动连接，所述第一驱动装置用于驱动所述旋转轴转动从而带动所述第一安装板旋转。
13.在一些实施例中，所述调节组件包括底座、第三直行程执行机构和滑台，所述第二喷嘴与所述底座连接；所述第三直行程执行机构的一端与所述底座连接；所述滑台与所述第三直行程执行机构连接，所述第一安装板与所述滑台连接，所述第三直行程执行机构驱动所述滑台移动以调节所述第一喷嘴与所述第二喷嘴之间的距离。
14.在一些实施例中，所述调节组件还包括导杆，所述导杆的长度方向与所述第三直行程执行机构的驱动方向平行，所述滑台与所述导杆连接且可沿着所述导杆的长度方向滑动。
15.在一些实施例中，所述可调节式对冲火焰实验系统还包括红外信号发射器、红外信号接收器和控制器。所述红外信号发射器设在所述第一喷嘴和所述第二喷嘴中的一者上，所述红外信号接收器设在所述第一喷嘴和所述第二喷嘴中的另一者上，所述红外信号接收器用于接收所述红外信号发射器发射的红外线。所述控制器与所述红外信号接收器电连接，所述控制器用于控制所述第一直行程执行机构和/或第二直行程执行机构动作以使所述第一喷嘴与所述第二喷嘴对准，所述控制器还用于控制所述第三直行程执行机构动作以调节所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间的距离。
16.在一些实施例中，所述第二喷嘴具有内侧通道和伴流通道，所述内侧通道沿所述第二喷嘴的长度方向贯穿所述第二喷嘴，所述伴流通道从所述第二喷嘴的一个端面朝向所述第二喷嘴的另一个端面延伸，所述伴流通道环绕在所述内侧通道的外侧，所述第二喷嘴上设有与所述伴流通道连通的进气孔，所述内侧通道的进气端设置有烧结板。
17.在一些实施例中，所述第一喷嘴的周侧和所述第二喷嘴的周侧均具有圆盘部，所述红外信号接收器设置在所述第二喷嘴周侧圆盘部上，所述红外信号发射器设置在所述第一喷嘴周侧圆盘部上。
18.在一些实施例中，所述可调节式对冲火焰实验系统还包括供气装置、流量计和流量计控制器，所述供气装置与所述内侧通道和所述伴流通道连接；所述流量计设置在所述内侧通道以及所述伴流通道与所述供气装置之间的管路上；所述流量计控制器与所述流量计连接以控制所述流量计的流量。
19.在一些实施例中，所述可调节式对冲火焰实验系统还包括第二驱动装置和点火器，所述第二驱动装置与所述调节组件连接；所述点火器设置在所述第二驱动装置上，所述第二驱动装置驱动所述点火器接近或者远离所述第二喷嘴的喷射口。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统的结构图。
21.图2是本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统中第二喷嘴的剖视图。
22.图3是本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统中对准组件的结构图。
23.图4是图3的俯视图。
24.图5是本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统中供气装置、流量计、流量计控制器、第一喷嘴、第二喷嘴的连接示意图。
25.图6是本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统的电路控制示意图。
26.附图标记：调节组件1；底座101；第三直行程执行机构102；滑台103；导杆2；第一喷嘴3；第二喷嘴4；内侧通道401；伴流通道402；进气孔403；烧结板404；圆盘部405；对准组件5；第一安装板501；第二安装板502；第三安装板503；旋转轴504；第一直行程执行机构505；第一直线滑轨5051；第一齿条5052；第一齿轮5053；第一伺服电机5054；第二直行程执行机构506；第二直线滑轨5061；第二齿条5062；第二齿轮5063；第二伺服电机5064；直线轴承6；第一驱动装置7；红外信号接收器8；红外信号发射器9；第二驱动装置10；点火器11；供气装置12；流量计控制器13；流量计14；控制器15。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.参见图1至图3所示，本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统包括第一喷嘴3、第二喷嘴4、对准组件5和调节组件1。
29.第二喷嘴4与第一喷嘴3间隔并且相对设置。如图1所示，第一喷嘴3设置在第二喷嘴4的上方，第一喷嘴3的出气端与第二喷嘴4的出气端相对。
30.对准组件5与第一喷嘴3连接，对准组件5用于驱动第一喷嘴3移动以使第一喷嘴3与第二喷嘴4对准。如图1、图3和图4所示，对准组件5设置在第二喷嘴4的上方，第一喷嘴3位于对准组件5与第二喷嘴4之间且与对准组件5的底部固定连接，对准组件5驱动第一喷嘴3在沿着x轴方向和y轴方向运动，将第一喷嘴3调节至第二喷嘴4的正上方，从而实现第一喷嘴3与第二喷嘴4的对准。
31.调节组件1与第二喷嘴4和对准组件5连接，调节组件1用于驱动对准组件5和/或第二喷嘴4移动以调节第一喷嘴3与第二喷嘴4之间的距离。如图1所示，调节组件1具有一个可做直线运动的滑台103，对准组件5与该滑台103固定连接，第二喷嘴4与调节组件1的下部固定连接。滑台103在移动时，对准组件5随着滑台103一起移动，与对准组件5连接在一起的第一喷嘴3便可接近或者远离第二喷嘴4，从而实现第一喷嘴3与第二喷嘴4之间的距离的调节。
32.本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统利用对准组件5实现第一喷嘴3与第二喷嘴4的快速对准，利用调节组件1实现第一喷嘴3与第二喷嘴4之间距离的快速调节，降低了第一喷嘴3与第二喷嘴4的对准调节难度，进而有利于缩短对冲火焰实验的时间。此外，本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统还可进行大批量重复实验，降低实验成本。
33.在一些实施例中，对准组件5包括第一安装板501、第二安装板502、第三安装板503、第一直行程执行机构505和第二直行程执行机构506。
34.第一安装板501与调节组件1连接。如图1所示，第一安装板501与调节组件1上的滑台103连接，从而实现对准组件5与调节组件1之间的连接。
35.第一安装板501和第二安装板502间隔布置；第三安装板503与第二安装板502间隔布置，且位于第二安装板502远离第一安装板501的一侧，第一喷嘴3与第三安装板503连接。如图1和图3所示，第一安装板501、第二安装板502、第三安装板503均为平板且相互平行，第
二安装板502位于第一安装板501与第三安装板503之间，第一喷嘴3安装在第三安装板503的底面上。
36.第一直行程执行机构505设置在第一安装板501与第二安装板502之间，第一直行程执行机构505用于驱动第二安装板502移动。如图3和图4所示，第一直行程执行机构505包括第一直线滑轨5051、第一伺服电机5054、第一齿条5052和第一齿轮5053，第一安装板501与第二安装板502通过第一直线滑轨5051连接，第一齿条5052与第一安装板501固定，第一伺服电机5054与第二安装板502固定并与控制器15电连接，第一齿轮5053安装在第一伺服电机5054的输出轴上并与第一齿条5052相啮合，第一伺服电机5054通电后便可驱动第二安装板502沿着第一直线滑轨5051的长度方向滑动。
37.第二直行程执行机构506，第二直行程执行机构506设置在第二安装板502与第三安装板503之间，第二直行程执行机构506用于驱动第三安装板503移动，第一直行程执行机构505的驱动方向与第二直行程执行机构506的驱动方向之间存在夹角。如图3和图4所示，第二直行程执行机构506包括第二直线滑轨5061、第二伺服电机5064、第二齿条5062和第二齿轮5063，第二安装板502与第三安装板503通过第二直线滑轨5061连接，第二齿条5062与第二安装板502固定，第二伺服电机5064与第三安装板503固定并与控制器15电连接，第二齿轮5063安装在第二伺服电机5064的输出轴上并与第二齿条5062相啮合，第二伺服电机5064通电后便可驱动第三安装板503沿着第二直线滑轨5061的长度方向滑动。其中，第一直线滑轨5051和第二直线滑轨5061之间存在夹角，由此便保证了第一直行程执行机构505的驱动方向与第二直行程执行机构506的驱动方向之间存在夹角。
38.可以理解的是，第一直行程执行机构505和第二直行程执行机构506除了上述的由直线滑轨、伺服电机、齿条和齿轮组成的结构之外，第一直行程执行机构505和第二直行程执行机构506也可以采用市售的线性模组。此外，第一安装板501、第二安装板502和第三安装板503均可以采用光学板。
39.可选地，第一直线滑轨5051和第二直线滑轨5061相互垂直，如图4所示，第一直线滑轨5051沿着x轴方向布置，第二直线滑轨5061沿着y轴的方向布置，第一伺服电机5054通电后便可驱动第一喷嘴3沿着x轴方向移动，第二伺服电机5064通电后便可驱动第一喷嘴3沿着y轴方向移动，通过控制第一喷嘴3在x轴方向和y轴方向上移动一定的距离来将第一喷嘴3调节至第二喷嘴4的正上方。
40.上述对准组件5利用第一直行程执行机构505和第二直行程执行机构506来对第一喷嘴3的位置进行调节，在保证实现具有较高的效率、缩短实验时间的前提下，还能保证对第一喷嘴3位置的精准控制。
41.在一些实施例中，对准组件5还包括旋转轴504和第一驱动装置7，旋转轴504与调节组件1转动连接，旋转轴504的一端与第一安装板501固定连接；第一驱动装置7与调节组件1固定且与旋转轴504传动连接，第一驱动装置7用于驱动旋转轴504转动从而带动第一安装板501旋转。如图1所示，旋转轴504的上端贯穿调节组件1的滑台103并与滑台103转动连接，旋转轴504的下端与第一安装板501固定连接，第一驱动装置7可以采用伺服电机，第一驱动装置7安装在调节组件1的滑台103上，第一驱动装置7的输出轴与旋转轴504的上端传动连接，第一驱动装置7与旋转轴504之间的传动连接形式可以是齿轮传动、链轮传动、带传动中的任意一种。此外，第一驱动装置7可以与控制器15电连接，通过控制器15实现对第一
驱动装置7的自动控制。
42.在一些实施例中，调节组件1包括底座101、第三直行程执行机构102和滑台103，第二喷嘴4与底座101连接；第三直行程执行机构102的一端与底座101连接；滑台103与第三直行程执行机构102连接，第一安装板501与滑台103连接，第三直行程执行机构102驱动滑台103移动以调节第一喷嘴3与第二喷嘴4之间的距离。
43.如图1所示，第二喷嘴4固定在底座101的上方，第三直行程执行机构102的底部与底座101固定，并且第三直行程执行机构102与水平面垂直，第三直行程执行机构102驱动滑台103向上运动时可增大第一喷嘴3与第二喷嘴4之间的距离，第三直行程执行机构102驱动滑台103向下运动时可减小第一喷嘴3与第二喷嘴4之间的距离。其中，第三直行程执行机构102可以为伺服气缸或者线性模组。该调节组件1具有结构简单、制造成本低、调节精度高的优点。
44.在一些实施例中，调节组件1还包括导杆2，导杆2的长度方向与第三直行程执行机构102的驱动方向平行，滑台103与导杆2连接且可沿着导杆2的长度方向滑动。如图1所示，导杆2为圆杆，导杆2的下端与底座101远离第三直行程执行机构102的一端固定连接，导杆2与第三直行程执行机构102平行，在滑台103上设置有与导杆2匹配的直线轴承6，直线轴承6套设在导杆2上。设置的导杆2起到导向作用，使滑台103在上下运动的过程中保持稳定，同时有利于进一步提高第一喷嘴3在竖直方向的调节精度。
45.在一些实施例中，可调节式对冲火焰实验系统还包括红外信号发射器9、红外信号接收器8和控制器15。
46.红外信号发射器9设在第一喷嘴3和第二喷嘴4中的一者上，红外信号接收器8设在第一喷嘴3和第二喷嘴4中的另一者上，红外信号接收器8用于接收红外信号发射器9发射的红外线。如图1所示，在第一喷嘴3上设置有三个红外信号发射器9，第二喷嘴4上设置有红外信号接收器8，红外信号发射器9向下发射红外线并且投射在红外信号接收器8上。
47.控制器15与红外信号接收器8电连接，控制器15用于控制第一直行程执行机构505和/或第二直行程执行机构506动作以使第一喷嘴3与第二喷嘴4对准，控制器15还用于控制第三直行程执行机构102动作以调节第一喷嘴3和第二喷嘴4之间的距离。如图6所示，红外信号发射器9发射的红外线投射在红外信号接收器8上之后，红外信号接收器8将其检测到的第一喷嘴3的位置信息传送至控制器15，控制器15根据该位置信息控制第一直行程执行机构505和/或第二直行程执行机构506动作，使第一喷嘴3在x轴方向和/或y轴方向上移动，从而使第一喷嘴3与第二喷嘴4对准。
48.本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统利用红外信号发射器9和红外信号接收器8来实现第一喷嘴3位置的自动、精准检测，同时利用控制器15来实现对第一直行程执行机构505和第二直行程执行机构506的自动控制，由此便可以实现第一喷嘴3与第二喷嘴4的自动、精准、快速对准。
49.在一些实施例中，第二喷嘴4具有内侧通道401和伴流通道402，内侧通道401沿第二喷嘴4的长度方向贯穿第二喷嘴4，伴流通道402从第二喷嘴4的一个端面朝向第二喷嘴4的另一个端面延伸，伴流通道402环绕在内侧通道401的外侧，第二喷嘴4上设有与伴流通道402连通的进气孔403，内侧通道401的进气端设置有烧结板404。第一喷嘴3和第二喷嘴4具有相同的结构。
50.如图2所示，内侧通道401出气端的直径为10mm，内侧通道401贯穿第二喷嘴4的上下端面，为保证气体充分发展，减少湍流对实验精度的影响，内侧通道401的纵截面的轮廓线按照维多辛斯基曲线加工，烧结板404可以对内侧通道401内的气流起到整流作用，改善燃烧效果。伴流通道402的横截面为圆环形，第二喷嘴4的侧壁上开设两个进气孔403，设置两个进气孔403有利于保证伴流通道402的出气端出气均匀。
51.在一些实施例中，第一喷嘴3的周侧和第二喷嘴4的周侧均具有圆盘部405，红外信号接收器8设置在第二喷嘴4周侧的圆盘部405上，红外信号发射器9设置在第一喷嘴3周侧的圆盘部405上。红外信号接收器8相对第二喷嘴4保持静止，红外信号发射器9相对第一喷嘴3保持静止，当第一喷嘴3在移动时，红外信号发射器9随第一喷嘴3同步移动。设置的圆盘部405作为红外信号发射器9和红外信号接收器8的安装平台，使红外信号发射器9和红外信号接收器8的安装操作变的简单、便捷，有利于实现该可调节式对冲火焰实验系统的快速组装。
52.在一些实施例中，可调节式对冲火焰实验系统还包括供气装置12、流量计14和流量计控制器13，供气装置12与内侧通道401和伴流通道402连接；流量计14设置在内侧通道401以及伴流通道402与供气装置12之间的管路上；流量计控制器13与流量计14连接以控制流量计14的流量。如图5所示，供气装置12作为气源，其主要用于向第一喷嘴3和第二喷嘴4提供燃料、空气或氮气，供气装置12通过气管与内侧通道401、伴流通道402连接，流量计14可以采用质量流量计14，通过流量计控制器13控制内侧通道401和伴流通道402内气体的流量，实现对气体流量的精准控制。
53.在一些实施例中，可调节式对冲火焰实验系统还包括第二驱动装置10和点火器11，第二驱动装置10与调节组件1连接；点火器11设置在第二驱动装置10上，第二驱动装置10驱动点火器11接近或者远离第二喷嘴4的喷射口。
54.如图1所示，第二驱动装置10安装在第三直行程执行机构102上，第三直行程执行机构102在动作时第二驱动装置10的高度保持不变，第二驱动装置10驱动点火器11在水平方向移动。其中，第二驱动装置10可以为气缸、电缸、线性模组中的任意一种，点火器11为点火电极，在需要点火时，第二驱动装置10将点火器11推至第二喷嘴4的上方，然后点火器11通电打火将燃料点燃。第二驱动装置10可以与控制器15电连接，通过控制器15实现对第二驱动装置10的自动控制。
55.此外，第二驱动装置10也可以为由摆动气缸和摆臂组成的组件，摆臂与摆动气缸的输出轴固定连接，摆动气缸与第三直行程执行机构102固定，点火器11安装在摆臂上，此时由摆动气缸驱动点火器11摆动；在需要点火时，摆动气缸将点火器11摆动至第二喷嘴4的上方，然后点火器11通电实现点火；点火完毕后或者不需要点火时，摆动气缸将点火器11摆动至第二喷嘴4的旁侧。
56.在利用本实用新型实施例的可调节式对冲火焰实验系统进行实验时，将第二驱动装置10和点火器11与控制器15电连接，利用控制器15控制第二驱动装置10的动作和点火器11的点火，从而实现点火操作的自动化，使对冲火焰实验的过程变得更为简单，节省实验时间。
57.在本实用新型的描述中，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”、“顺
时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
58.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。
59.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电连接或彼此可通讯；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实用新型中的具体含义。
60.在本实用新型中，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。
61.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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实用新型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。
62.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。