摘 要

对冲火焰燃烧器能够形成稳态的一维平面火焰，常用来进行化学动力学的研究如碳烟颗粒的形成等。考虑到实际的燃烧过程也受流体运动的影响，研究非稳态对冲火焰十分必要。本文在原有稳态对冲火焰燃烧器的基础上，对燃烧器的气体进气管道进行重新优化设计，通过加装扬声器使得气体产生强迫振幅，实现进气速度的正弦波动，以获得非稳态的对冲火焰，从而进行输运特性和化学动力学的影响

本文设计了一种可安装在高压腔体内的喷管对冲式非稳态燃烧器，该款燃烧器相比上一款而言，两者产生非稳态火焰的原理相似，有着结构简单、尺寸较小的优点，可放置在高压腔体内用于研究高压火焰的性质。

关键词：非稳态;对冲火焰燃烧器;结构设计;扬声器

Abstract

Counterflow flame burners are capable of forming steady one-dimensional flame, and are often used in the study of chemical kinetics, such as soot formation. Considering the actual combustion process is also affected by fluid movement, it is necessary to study unsteady state opposed flame. Based on the original hedge steady flame burner, re design optimization of the gas inlet pipe on the burner, which forced the amplitude by speakers so that the gas inlet velocity, sine wave to achieve, in order to obtain unsteady counterflow flames and influence, transport properties and chemical kinetics .

This paper describes the design of a nozzle can be installed in the hedge type high pressure cavity unsteady burner, the burner in a non steady state, the principle of flame is similar, with the advantages of simple structure, small size, can be placed in the high pressure cavity pressure applied to study the properties of flame.

Key Words：Unsteady; counterflow flame burner;Structural design;Speaker

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 本课题的研究现状 2

1.3 本课题主要研究内容 3

1.3.1 主要研究步骤 3

1.3.2 主要章节概览 3

第2章 基于原模型改进的非稳态对冲火焰燃烧器 4

2.1 非稳态对冲火焰燃烧器整体概述 4

2.2 设计工具综述 5

2.3 扩大管道的设计 5

2.4 气流保护套管的设计 7

2.5 连接管道和气体输入管道的设计 9

2.6 喷嘴的设计 10

2.7 整体支架的设计 11

2.8 安装环设计 12

2.9 本章小结 12

第3章 简易非稳态对冲燃烧器设计 14

3.1 燃烧器整体概括 14

3.2 燃烧器具体结构设计 15

3.2.1反应物管道设计 15

3.2.2 气流保护管道设计 15

3.2.3 水套设计 15

3.3 整体结构展示 16

3.4 与高压腔体的装配 16

3.5 本章小结 17

第4章 结论与展望 18

4.1 工作结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

附 录 21

附录A 扬声器结构尺寸图 21

附录B 扩大管道结构尺寸图 22

附录C 保护套管结构尺寸图 23

附录D 连接管道结构尺寸图 24

附录E 喷嘴结构尺寸图 25

附录F 反应物结构尺寸图 26

附录G 保护管道结构尺寸图 27

附录H 水套结构尺寸图 28

附录I 高压腔体结构尺寸图 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

火焰燃烧器是人类在燃烧领域的一大突破，是人类在精确控制燃烧方面的伟大成果，火焰燃烧器诞生之后，就可以在实验室内精确控制各种实验条件下的燃烧过程，从而完成对燃烧的深入研究。火焰的种类有很多，包括预混火焰和扩散火焰等，不同的火焰对应的反应物反应过程有着很大的区别，对于不同类型火焰的研究而言，对应的火焰燃烧器也有着很大的区别。

对冲火焰燃烧器是用于研究对冲火焰性质以及火焰结构的重要工具，原理是燃料和空气在同一轴线上相对喷出，随即燃料和空气进入燃烧区后互相延展，并在中心碰撞之后形成上升火焰。该种类型燃烧器被广泛应用于对冲火焰燃烧过程，火焰性质以及产物的研究。

随着科学技术的进步，人类的探索步伐开始加大，在通过关于对冲火焰的研究，人们发现普通的对冲火焰燃烧器因为所产生的火焰性质稳定性较高，不能满足一些研究领域对火焰性质不断变化的需求，尤其是在对冲火焰燃烧产物领域，因为不断变化的火焰性质对燃烧产物起着很大的决定性作用，所以就需要一种新型的可以产生不稳定的对冲火焰燃烧器的研究和开发设计。

1.1.2 研究意义

对冲火焰中的碳烟浓度测量是近些年内燃烧学中很热门的课题，而非稳态对冲火焰燃烧器，正是实现对冲火焰中碳烟浓度测量的核心仪器。对冲火焰中碳烟的生成和喷嘴出口的速度和时间尺度有很大的关系，它们很大程度上决定了火焰中碳烟的体积分数。而研究非稳态对冲火焰燃烧器为对冲火焰中的碳烟浓度测量提供了硬件基础，对于研究湍流扩散火焰中碳烟的形成性质有很大的帮助，通过非稳态对冲火焰燃烧器来研究和控制湍流扩散火焰中的碳烟的产生对于湍流扩散火焰的深入研究和推广而言是有着重大意义的，并可以为理解碳烟生成的机理和控制碳烟的产生打下基础。

在本次设计中通过设计带扬声器的气体室来改变喷嘴出口速度，从而匹配燃烧器，完成对非稳态对冲火焰燃烧器的设计工作，促进对碳烟生成特性的深刻认识。

1.2 本课题的研究现状