本實用新型涉及燃燒設備的實驗監(jiān)測技術，特別是一種可視化燃燒過程監(jiān)測裝置。

背景技術：

燃燒設備是氣體燃料由化學能轉化為熱能的裝置，一般包括給送風設備、燒嘴、燃燒室以及控制系統(tǒng)等，是燃氣輪機、鍋爐、燃燒機等能源動力設備中的關鍵部件之一。燃燒設備的工作性能關鍵取決于燃料和氧化劑（一般為空氣）的燃燒過程組織效果，包括流動、摻混等過程。燃燒過程的組織的特點，關系到燃燒設備的燃燒效率、污染物排放、燃燒穩(wěn)定性以及整個設備的使用壽命等。因此開發(fā)性能優(yōu)異的燃燒設備的關鍵，是尋找針對特定燃料的燃燒過程最合理的組織形式。這需要借助一定的實驗技術，開發(fā)出特定的實驗裝置，從而監(jiān)測燃燒過程，獲取必要的信息，對燃燒過程組織效果進行分析和評判，從而找到最優(yōu)的燃燒組織形式，最大程度地提高燃燒設備的性能。

燃燒過程信息包括流動、摻混、壓力、溫度和火焰面分布等，其中火焰面可視化監(jiān)測無疑是評估燃燒效果最簡單、直觀而有效的途徑。工業(yè)中常見的測試方法包括：（1）將開發(fā)的燒嘴放置在環(huán)境中的開放空間中進行燃燒測試，這固然可以直接觀測到火焰結構。但開放條件下的燃燒過程，與實際燃燒設備中在有限空間內的燃燒過程相差較大，不能完全反映真實情況。（2）在封閉條件下進行試驗，因為火焰溫度較高，燃燒室一般用帶水冷夾層的金屬或者陶瓷材料制作，利用壓力傳感器和熱電偶等裝置來捕捉燃燒過程信息，通過這些參數評估燃燒特性，但無法直接觀測到火焰結構；也有在金屬或者陶瓷材料燃燒室上局部開設視窗或者火孔的方案，但迫于結構的限制，觀測孔尺寸有限，而無法獲取火焰的整體結構特性。另外，燃燒試驗中的壓力波動的測量，燃燒筒內的溫度分布控制也是燃燒試驗裝置中經常遇到的技術難題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為開發(fā)先進燃燒設備,提供了一種可視化燃燒過程監(jiān)測裝置，該裝置整體采用石英結構設計，為燃燒過程提供一個與真實燃燒裝置接近的燃燒空間；借助各種光學測量方法，獲取完整的火焰結構；該裝置通過布置合理的測點和結構設計，能檢測燃燒過程的壓力波動、煙氣溫度，并方便控制燃燒筒內的煙氣溫度分布；為科研工作這開展燃燒相關基礎研究以及工程師開發(fā)先進燃燒裝置提供支持。

本實用新型的技術方案如下：

一種可視化燃燒過程監(jiān)測裝置，其特征在于：整體呈筒狀結構，包括內筒和外筒，內筒和外筒之間有夾層空間，內筒中為燃燒空間；所述外筒筒壁上設置有夾層冷空氣進口，內筒筒壁上設置有內筒冷空氣進口；所述外筒筒壁上還設置有若干壓力波動引壓管，壓力波動引壓管穿過外筒筒壁和內筒筒壁與燃燒空間連通；所述監(jiān)測裝置的底部為燃料和空氣進口，連接燒嘴；所述監(jiān)測裝置的頂部為高溫煙氣出口，連接排煙管道。

所述夾層冷空氣進口位于外筒筒壁上的靠近燃料和空氣進口的位置，根據實驗情況需要設計其個數和口徑。

所述內筒冷空氣進口位于內筒筒壁上的靠近高溫煙氣出口的位置，根據實驗情況需要設計其個數和口徑。

所述內筒筒壁的中間位置還設置有空氣進氣孔，根據實驗情況需要設計其個數和孔徑。

所述壓力波動引壓管的個數和口徑根據實驗情況需要設計，可以設計為不同軸向和不同周向的。

所述裝置整體采用石英材料制作。

該監(jiān)測裝置的工作原理為：

在靠近監(jiān)測裝置底部的燃料和空氣進口的位置，外筒的筒壁上設置夾層冷空氣進口，從夾層冷空氣進口通入冷空氣，使得內筒和外筒之間的夾層空間通流冷卻空氣，然后通過在靠近高溫煙氣出口的內筒筒壁上設置的內筒冷空氣進口，冷卻空氣可以進入燃燒空間。這樣在內外筒之間形成一層冷卻空氣夾層，以起到冷卻內筒的作用。同時在監(jiān)測裝置底部和頂部的進出口之間，內筒筒壁的中間位置開設空氣進氣孔，通過控制在內筒上的位置和孔徑大小，可以控制進入內筒的空氣射流的位置、流量和射流深度等，從而控制燃燒筒內的溫度分布。

為了保證實驗裝置火焰結構與真實燃燒室中接近，可以將燃燒空間設計為圓筒形結構；如果需要通過光學探測裝置（例如相機）拍攝火焰結構，需要將燃燒空間設計成方形結構，這樣可以避免曲面玻璃折射造成的圖像失真。在徑向和軸向不同角度可以設計壓力波動引壓管，用于檢測燃燒室內的壓力或者壓力波動特性。

本實用新型的有益效果如下：

（1）本實用新型設計的雙筒結構，可以使得內外筒之間為冷卻空氣夾層，可以對內筒進行一定的冷卻，有效減低內筒溫度，延長實驗裝置的壽命。

（2）在內筒進出口中間位置開設空氣進氣孔，通過控制進氣孔的孔徑和位置，改變進入內筒的冷卻空氣流量和射流深度，可以調節(jié)內筒內的溫度分布，用于燃燒振蕩、出口溫度分布、內部流動特性等問題的研究。

（3）在不同軸向和周向位置設計了壓力波動引壓管?？梢詫θ紵矁鹊撵o壓和壓力波動特性進行測試，用于研究燃燒中的燃燒振蕩以及聲學特性問題。

（4）采用石英作為燃燒室材料，可以長期工作在1100℃，軟化溫度約為1700℃?？梢赃M行多種燃料的擴散燃燒、預混燃燒以及部分燃燒試驗。不需要特別復雜的冷卻設計，具有良好的使用壽命和較低的加工成本。

（5）石英材料具有良好的透光性，不僅可以透過可見光，還可以透過紫外光。既可以直接通過肉眼或者一般的相機檢測燃燒過程，還可以特殊的光學探測裝置（如光電倍增管、增強型光電耦合器等）檢測燃燒過程中的自由基的情況，進而全面分析燃燒的過程。

附圖說明

圖1為本實用新型的外形結構示意圖；

圖2為本實用新型的縱向剖面結構示意圖。

其中，附圖標記為：1－燃料和空氣進口，2－夾層冷空氣進口，3－壓力波動引壓管一，4－壓力波動引壓管二，5－壓力波動引壓管三，6－壓力波動引壓管四，7－壓力波動引壓管五，8－壓力波動引壓管六，9－空氣進氣孔，10－內筒冷空氣進口，11－高溫煙氣出口，12－火焰區(qū)域，13－外筒，14－內筒。

具體實施方式

如圖1～2所示，一種可視化燃燒過程監(jiān)測裝置，整體呈筒狀結構，包括內筒14和外筒13，內筒14和外筒之間有夾層空間，內筒14中為燃燒空間；所述外筒13筒壁上設置有夾層冷空氣進口2，內筒14筒壁上設置有內筒冷空氣進口10；所述外筒13筒壁上還設置有若干壓力波動引壓管，壓力波動引壓管穿過外筒13筒壁、內筒14筒壁與燃燒空間連通；所述監(jiān)測裝置的底部為燃料和空氣進口1，連接燒嘴，燃料和空氣進口1上端為火焰區(qū)域12；所述監(jiān)測裝置的頂部為高溫煙氣出口11，連接排煙管道。

所述夾層冷空氣進口2位于外筒13筒壁上的靠近燃料和空氣進口1的位置，根據實驗情況需要設計其個數和口徑。

所述內筒冷空氣進口10位于內筒14筒壁上的靠近高溫煙氣出口11的位置，根據實驗情況需要設計其個數和口徑。

所述內筒14筒壁的中間位置還設置有空氣進氣孔9，根據實驗情況需要設計其個數和口徑。

所述壓力波動引壓管的個數和口徑根據實驗情況需要設計，可以設計為不同軸向和不同周向的，如圖1所示，本實施例中設計有壓力波動引壓管一～六3～8，共六個。

所述裝置整體采用石英材料制作。

該監(jiān)測裝置的工作原理為：

在靠近監(jiān)測裝置底部的燃料和空氣進口1的位置，外筒13的筒壁上設置夾層冷空氣進口2，從夾層冷空氣進口2通入冷空氣，使得內筒14和外筒13之間的夾層空間通流冷卻空氣，然后通過在靠近高溫煙氣出口11的內筒14筒壁上設置的內筒冷空氣進口10，冷卻空氣可以進入燃燒空間。這樣在內外筒之間形成一層冷卻空氣夾層，以起到冷卻內筒14的作用。同時在監(jiān)測裝置底部和頂部的進出口之間，內筒14筒壁的中間位置開設空氣進氣孔9，通過控制在內筒14上的位置和口徑大小，可以控制進入內筒14的空氣射流的位置、流量和射流深度等，從而控制燃燒筒內的溫度分布。