一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器

1.本实用新型涉及燃烧设备技术领域，尤其涉及一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器。


背景技术：

2.旋流燃烧，无论是气体燃料还是喷雾燃料，都是许多火力发电系统的基础，是一种高效稳定的燃烧方式。但由于实际旋流燃烧器尺寸巨大且结构复杂，如：内燃机气缸、燃气轮机燃烧室和电站锅炉燃烧等，燃烧器实际运行过程很难系统及全面的观测，制约了对旋流燃烧特性的深入研究。
3.而现有模拟实际燃烧的旋流燃烧器，由于室内空间且费用问题，燃烧器设计尺寸远小于实际旋流煤粉燃烧器，往往在实验燃烧器上难以复现实际燃烧榕的复杂结构，难以实现多层配风并调节旋流强度等，使得实验中观测的数据难以反映实际旋流燃烧器的燃烧特性。
4.为了更好的对旋流燃烧特性进行研究，亟需研发一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，实现减小实验规模的同时保留与完整规模实验相关的基本行为，体现出完整规模旋流燃烧存在的基本现象，为实验探究创造有利条件。


技术实现要素：

5.为克服上述至少一种技术问题，本实用新型的实施例提供了一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，通过设置使得参与燃烧的气体发生旋转的旋流结构，实现在实验室中模拟实际燃烧器的燃烧过程，便于观测燃烧的相关数据。
6.本实用新型提供一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，包括：导流机构，包括：导流管组件，所述导流管组件的内部形成适用于轴向输送第一气体的导流流道；以及旋流机构，同心地设于所述导流机构外部，包括：旋流管，同心地设于所述导流管组件外周，并在所述旋流管与所述导流管组件之间形成适用于输送第二气体的旋流流道；以及旋流部，与所述旋流管的进气端连通，所述第二气体经所述旋流部对气体流动方向进行旋转后，沿所述旋流流道螺旋导出；其中，从导流流道轴向导出的所述第一气体与从所述旋流流道螺旋导出的所述第二气体在旋流燃烧器的外部交汇后被点燃。
7.在一种可能实施的方式中，所述旋流部为环形件，所述环形件的侧壁上设置有多个从所述环形件的外侧到内侧延伸、并朝向所述旋流管的出气端倾斜的旋流孔，所述旋流孔的轴线与所述环形件的径向方向存在轴向方向的夹角和周向方向的夹角，优选地，所述的轴线与所述环形件的径向方向之间的轴向方向的夹角为5
°
至40
°
，更优选地，为10
°
、20
°
或者30
°
。
8.在一种可能实施的方式中，所述导流机构还包括：第一导流件，所述第一导流件的端面与所述导流管组件连接，所述第一导流件外侧面设置有第一进气口，所述第一进气口与所述导流流道的进气端连通。
9.在一种可能实施的方式中，所述旋流机构还包括：第二导流件，同心地设于所述导流管组件外周，并与所述旋流管连通，所述第二导流件的内部形成第二容纳空腔，所述旋流部设置于所述第二容纳空腔内；所述第二导流件的外侧面形成多个第二进气口，所述第二进气口通过所述旋流部与所述旋流流道连通。
10.在一种可能实施的方式中，所述旋流机构还包括：第三导流件，设置于所述第一导流件与第二导流件之间，并同心地设于所述导流管组件的外周；所述第三导流件的外侧面形成第三进气口，第三气体通过所述第三进气口导入，并沿所述旋流部与所述导流管组件之间的间隔进入所述旋流流道，以与所述第二气体混合。
11.在一种可能实施的方式中，还包括：伴流机构，同心地设于旋流机构外部，并包括：伴流管，设于所述旋流管外周，并在所述伴流管与所述旋流管之间形成适用于输送第四气体的伴流流道；以及第四导流件，设于所述伴流管外周，并与所述旋流机构的远离所述导流机构一端连接，所述第四导流件外侧面设置有与所述伴流流道连通的第四进气口。
12.在一种可能实施的方式中，所述导流管组件包括：渐缩管，所述渐缩管的进气端与所述第一导流件的端面连接，并与所述第一进气口连通；中心管，设置于渐缩管的内部，与所述渐缩管之间的间隔形成所述导流流道；以及所述渐缩管的管壁厚度沿远离所述第一导流件的方向增加，使得所述渐缩管与所述中心管之间的间隔减小。
13.在一种可能实施的方式中，所述中心管远离所述第一导流件的端面设置有钝体，所述钝体作为火焰附着点，在所述钝体外侧形成回流区。
14.在一种可能实施的方式中，所述第二容纳空腔内设置有网板，位于所述旋流部与所述第二进气口之间，所述第二气体通过网板进入所述旋流部，增加所述第二气体的均匀性。
15.在一种可能实施的方式中，在所述导流管组件中，同心地设置有第一整流环，所述第一气体经过第一整流环整流后，进入所述导流流道，增加所述第一气体的均匀性。
16.本实用新型的实施例提供的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，通过设置使得参与燃烧的气体发生旋转的旋流结构，实现在实验室中模拟实际燃烧器的燃烧过程，使得旋流燃烧器能够代表实际应用的大型的实际燃烧器，完成基础研究及验证模型开发等。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器的剖面图；
18.图2为本实用新型实施例的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器的立体图；
19.图3为本实用新型实施例的旋流部的立体剖视图。
20.【附图中符号说明】
21.1-导流机构；
22.11-导流管组件；
23.111-渐缩管；
24.112-中心管；
25.113-钝体；
26.114-第一整流环；
27.115-支撑部；
28.12-第一导流件；
29.121-第一进气口；
30.2-旋流机构；
31.21-旋流管；
32.22-旋流部；
33.221-旋流孔；
34.23-第二导流件；
35.231-第二进气口；
36.24-第三导流件；
37.241-第三进气口；
38.242-第二整流环；
39.3-压紧机构；
40.4-伴流机构；
41.41-伴流管；
42.42-第四导流件；
43.421-第四进气口；
44.422-第三整流环。
具体实施方式
45.以下，将参照附图来描述本实用新型的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本实用新型实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
46.本实用新型的实施例提供的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，通过设置使得参与燃烧的气体发生旋转的旋流结构，实现在实验室中模拟实际燃烧器的燃烧过程，便于观测到的相关数据，以研究实际旋流燃烧器的燃烧特性。
47.根据本实用新型总体上的构思，提供一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，包括：导流机构以及旋流机构。导流机构，包括：导流管组件，所述导流管组件的内部形成适用于轴向输送第一气体的导流流道；以及旋流机构，同心地设于所述导流机构外部，包括：旋流管，同心地设于所述导流管组件外周，并在所述旋流管与所述导流管组件之间形成适用于输送第二气体的旋流流道；以及旋流部，与所述旋流管的进气端连通，所述第二气体经所述旋流部对气体流动方向进行旋转后，沿所述旋流流道螺旋导出，其中，从导流流道轴向导出的所述第一气体与从所述旋流流道螺旋导出的所述第二气体在旋流燃烧器的外部交汇后被点燃。
48.图1为本实用新型实施例的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器的剖面图。
49.图2为本实用新型实施例的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器的立体图。
50.如图1及图2所示，在一些实施例中，一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，包括：导流机构1以及旋流机构2。导流机构1包括导流管组件11，导流管组件11的内部形成适用于
轴向输送第一气体的导流流道；同心地设于导流机构1外部的旋流机构2。旋流机构2包括：同心地设于导流管组件11外周的旋流管21，在旋流管21与导流管组件11之间形成适用于输送第二气体的旋流流道；以及与旋流管21的进气端连通的旋流部22，第二气体经旋流部22对气体流动方向进行旋转后，沿旋流流道螺旋导出。从导流流道轴向导出的第一气体与从旋流流道螺旋导出的第二气体在旋流燃烧器的外部交汇后被点燃。
51.在本实用新型的一些实施例中，在导流管组件11中，同心地设置有第一整流环114，第一气体经过第一整流环114整流后进入导流流道，增加第一气体的均匀性。
52.图3为本实用新型实施例的旋流部的立体剖视图。
53.如图3所示，在本实用新型的一些实施例中，旋流部22为环形件，环形件的侧壁上设置有多个从环形件的外侧到内侧延伸、并朝向旋流管21的出气端倾斜的旋流孔221，旋流孔221的轴线与环形件的径向方向存在轴向方向的夹角和周向方向的夹角。也就是说，旋流孔221的轴线与环形件的径向方向延伸的平面(该平面垂直于环形件的轴线)存在夹角，或者说，旋流孔221的轴线相对于环形件的径向方向延伸的平面在轴向方向倾斜；并且，旋流孔221的轴线与由环形件的轴线方向和旋流孔221的入口处的圆心限定的平面存在夹角。这样，旋流孔221的轴线与旋流部22的轴线不相交，即旋流孔221的轴线与旋流部22的轴线不在同一个平面内。在一种实施例中，旋流孔221的轴线与环形件的径向方向之间的轴向方向的夹角为5
°
至40
°
，更优选地，为10
°
、20
°
或者30
°
。在一些实施例中，多个旋流孔221间隔均匀的分布在旋流部22的侧壁内部。详细而言，旋流孔221的轴线与旋流部22的径向延伸的端面存在夹角α，即旋流孔221的轴线与旋流部22的径向延伸的平面不平行。夹角α可选为5
°
至40
°
，更优选地，夹角α为10
°
、20
°
或者30
°
，夹角α可以根据需要进行设计。第二气体经过旋流部22中的旋流孔221后，相对旋流部22的轴线及径向延伸的平面发生了偏移，形成旋流。旋流孔221的轴线与环形件的径向方向存在轴向方向的夹角和周向方向的夹角，轴向方向的夹角和周向方向的夹角的角度，均可以根据需要进行设计。
54.继续参见图1及图2所示，在本实用新型的一些实施例中，导流机构1还包括：第一导流件12，第一导流件12的端面与导流管组件11连接，第一导流件12外侧面设置有第一进气口121，第一进气口121与导流流道的进气端连通。在一些实施例中，第一导流件12的内部形成第一容纳空腔，第一导流件12的表面设置有与第一容纳空腔连通的第一通孔，导流管组件11同心地与第一通孔连接，第一进气口121通过第一容纳空腔及第一通孔与导流流道连通。在一些实施例中，第一进气口121有多个，均匀的设置于第一导流件12外侧面上，增加进气的均匀性。在一些实施例中，第一进气口121与导流管组件11设置有网板，进一步增加进气的均匀性。
55.在本实用新型的一些实施例中，旋流机构2还包括第二导流件23，同心地设于导流管组件11外周，并与旋流管21连通。第二导流件23的内部形成第二容纳空腔，旋流部22设置于第二容纳空腔内。第二导流件23的外侧面形成多个第二进气口231，所述第二进气口231通过旋流部22与旋流流道连通。在一些实施例中，第二导流件23相对的两个端面上设置有与第二容纳空腔连通的贯穿孔，使得第二导流件23能够套设在导流管组件11外周，并与第一导流件12具有第一通孔的端面连接。旋流部22间隔的套设于导流管组件11外周，且位于第二容纳空腔内。在一些实施例中，旋流部22内径与旋流管21内径相同且同轴设置。
56.在本实用新型的一些实施例中，第二导流件23一端内凹，内凹的端面与第一导流
件12具有第一通孔的端面合围，形成第二容纳空腔。在一些实施例中，第二进气口231有多个，均匀的设置于第二导流件23外侧面上，增加进气的均匀性。在一些实施例中，第二容纳空腔内设置有网板，位于旋流部22与所述第二进气口231之间，第二气体通过网板进入所述旋流部22，进一步增加进气的均匀性。
57.在本实用新型的一些实施例中，旋流机构2还包括第三导流件24，设置于第一导流件12与第二导流件23之间，并同心地设于导流管组件11的外周。第三导流件24的外侧面形成第三进气口241，第三气体通过第三进气口241导入，并沿旋流部22与导流管组件11之间的间隔进入旋流流道，以与第二气体混合。在一些实施例中，第三导流件24的内部形成第三容纳空腔，第三导流件24相对的两个端面上设置有与第三容纳空腔连通的贯穿孔，使得第三导流件24能够套设在导流管组件11外周。第三导流件24靠近第二导流件23的端面的贯穿孔大于导流管组件11，与导流管组件11之间存在间隙，使得第三气体沿间隙进入旋流部22与导流管组件11之间，继而进入旋流流道。在一些实施例中，第三导流件24一端内凹，内凹的端面与第一导流件12具有第一通孔的端面合围，形成第三容纳空腔。
58.在本实用新型的一些实施例中，第三进气口241有多个，均匀的设置于第三导流件24外侧面上，增加进气的均匀性。在一些实施例中，第三容纳空腔内设置有网板，位于旋流部22与所述第三进气口241之间，第三气体通过网板进入所述旋流部22，进一步增加进气的均匀性。在一些实施例中，第三导流件24靠近第二导流件23的端面的贯穿孔中还设置有第二整流环242，进一步增加进气的均匀性。
59.在本实用新型的一些实施例中，导流管组件11包括渐缩管111以及中心管112。渐缩管111的进气端与第一导流件12的端面连接，并与第一进气口121连通。中心管112设置于渐缩管111的内部，与渐缩管111之间的间隔形成导流流道。渐缩管111的管壁厚度沿远离第一导流件12的方向增加，使得渐缩管111与中心管112之间的间隔减小。在一些实施例中，渐缩管111与第一导流件12的第一通孔连通，中心管112同心地设置于渐缩管111与第一导流件12的中心。渐缩管111内侧与第一导流件12连接的一端还设置有第一整流环114，第一整流环114处于渐缩管111与中心管112之间，增加进气的均匀性。在另一些实施例中，导流管组件11包括支撑部115，支撑部115同心地设置于第一导流件12的中心并延伸至渐缩管111内部，支撑部115延伸至渐缩管111内部的一端与中心管112连接。
60.在本实用新型的一些实施例中，中心管112远离第一导流件12的端面设置有钝体113，钝体113作为火焰附着点，稳定火焰，在钝体113外侧形成回流区，使得燃烧更加充分。
61.在本实用新型的一些实施例中，一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器还包括伴流机构4，伴流机构4同心地设于旋流机构2外部，包括：设于旋流管21外周的伴流管41，并在伴流管41与旋流管21之间形成适用于输送第四气体的伴流流道；以及设于伴流管41外周的第四导流件42，第四导流件42与旋流机构2的远离导流机构1一端连接，第四导流件42外侧面设置有与伴流流道连通的第四进气口421，阻止环境中的外部气流的影响。在一些实施例中，第四导流件42的内部形成第四容纳空腔，第四导流件42相对的两个端面上设置有与第四容纳空腔连通的贯穿孔，使得第四导流件42能够套设在导流管组件11外周。伴流管41与第四导流件42远离第二导流件23一端的贯穿孔连接，并且该贯穿孔大于导流管组件11，使得第四气体能够由第四容纳空腔进入伴流流道。
62.在本实用新型的一些实施例中，第四进气口421有多个，均匀的设置于第四导流件
42外侧面上，增加进气的均匀性。在一些实施例中，第四导流件42一端内凹，与第二导流件23的端面合围，形成第四容纳空腔。第四容纳空腔内设置有网板，位于伴流管41与第四进气口421之间，第四气体通过网板进入伴流管41，进一步增加进气的均匀性。在一些实施例中，第四导流件42与伴流管41连接处还是设有第三整流环422第三整流环242，进一步增加进气的均匀性。
63.在本实用新型的一些实施例中，一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器还包括压紧机构3，同心地设置于导流管组件11外周，位于伴流机构4上部，对旋流燃烧器整体进行压紧，减小间隙，从而减少气体溢出。在一些实施例中，旋流燃烧器的还可以设置密封件，进一步减少气体溢出。
64.以可燃气甲烷和氧化剂空气组合为例，实现非预混扩散燃烧时，操作如下：
65.操作1：将甲烷气体作为第一气体，由第一进气口121导入，经网板及第一整流环114后轴向进入导流流道。
66.操作2：将空气作为第二气体，由第二进气口231导入，经网板及旋流部22后，形成旋流进入旋流流道。
67.操作3：将空气作为第三气体，由第三进气口241导入，经网板及第二整流环242后轴向导入旋流流道，与第二气体交汇，第二气体与第三气体交汇后，在旋流燃烧器的外部再与第一气体交汇。
68.操作4：点燃交汇后的第一气体、第二气体及第三气体。
69.操作5：将空气作为第四气体，由第四进气口421导入经网板及第三整流环422后轴向进入伴流流道。
70.其中，可通过调节第二气体和第三气体的比例，改变旋流数，实现不同旋流数下的扩散燃烧，或更换α角度不同的旋流部22，也可改变旋流数。
71.仍以可燃气甲烷和氧化剂空气组合为例，实现部分预混燃烧时，将甲烷与部分空气预混后作为第一气体即可，其他可参考实现非预混扩散燃烧的具体操作。
72.仍以可燃气甲烷和氧化剂空气组合为例，实现预混燃烧时，将甲烷与空气按设定比例预混后作为第一气体、将对应比例的空气作为第二气体、将甲烷作为第三气体即可，其他可参考实现非预混扩散燃烧的具体操作。
73.本实用新型的实施例提供的一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器，通过设置多层导气机构以及使得参与燃烧的气体发生旋转的旋流结构，实现在实验室中模拟实际燃烧器的燃烧过程，使得一种用于模拟实际燃烧的旋流燃烧器能够代表实际应用的大型的实际燃烧器，完成基础研究及验证模型开发等。
74.。还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。
75.说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具
有相同命名的元件能做出清楚区分。
76.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。