一种用于火焰响应测试的速度扰动产生装置

技术领域

本发明涉及火焰响应测试，尤其是涉及一种用于火焰响应测试的速度扰动产生装置。

背景技术

燃烧系统中经常会发生因热声振荡导致的燃烧不稳定问题，燃烧不稳定会产生巨大的压力波动并会导致回火爆燃等事故，给燃烧设备的安全稳定运行带来巨大隐患。因此，分析燃烧系统的热声耦合过程十分重要，而火焰对速度扰动的响应测试是分析燃烧不稳定产生机制的重要环节。

火焰响应测试中的速度扰动激励装置一般采用纸盆或振动膜片式的动圈扬声器结构，但这种结构一般具有产生的声压幅值小和不耐高温高压的特点，无法适用于带压力以及高温场景下的火焰响应测试。同时这种传统扬声器结构体积相对较大，对于一些精密燃烧装置，由于其安装空间十分有限，传统扬声器也难以进行安装。

因此，开发适用于高温高压条件下火焰响应测试系统的扰动发生装置是目前该领域的一大难点；同时基于与实际现场安装空间匹配的要求，如何设计出体积小重量轻的扰动发生装置也是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于火焰响应测试的速度扰动产生装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于火焰响应测试的速度扰动产生装置，该装置整体为刚性结构，包括信号发生器、信号放大器、压电器件、振动板、火焰响应测试器和振动介质，所述压电器件安装于振动板上，所述振动板和振动介质位于火焰响应测试器中；所述信号发生器产生谐波信号，所述信号放大器将谐波信号进行放大，所述压电器件接收放大的谐波信号并产生形变，所述振动板随之产生形变，引起振动介质在火焰响应测试器中产生速度扰动。

作为优选的技术方案，所述的压电器件安装于振动板两面中的其中一面，所述压电器件至少为一个。

作为优选的技术方案，所述的火焰响应测试器包括供气管道、火焰区、火焰热释放测量仪和压力波动测量仪。

作为优选的技术方案，所述的振动板安装于供气管道一端，所述振动介质位于振动板所在一端的供气管道中。

作为优选的技术方案，所述的火焰区位于供气管道未安装振动板的一端，所述火焰热释放测量仪位于火焰区外围。

作为优选的技术方案，所述的振动板产生形变，使供气管道内的振动介质产生速度扰动。

作为优选的技术方案，所述的速度扰动传递至火焰区产生热释放波动。

作为优选的技术方案，所述的火焰热释放测量仪对热释放波动进行测试；压力波动测量仪对速度扰动进行测试，得到火焰的响应函数。

作为优选的技术方案，所述的信号发生器和信号放大器位于火焰响应测试器外部。

作为优选的技术方案，所述的振动板和火焰响应测试器构成密封结构。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用压电器件产生速度扰动相较于传统的动圈式扬声器具有体积小重量轻的特点，同时具有较好的频响特性；

2)本发明可进行模块化安装，在同一振动板上可安装数量不同的压电器件，进行实现速度扰动的幅值及相位的大范围调整；

3)本发明可适用于高温高压环境，特别适用于对密封要求较高的场景。

附图说明

图1为本发明一种用于火焰响应测试的速度扰动产生装置整体结构示意图；

图中标号所示：

1、信号发生器，2、信号放大器，3、压电器件，4、振动板，5、火焰响应测试器，50、供气管道，51、火焰区，510、火焰，511、燃烧器，52、火焰热释放测量仪，53、压力波动测量仪，6、振动介质。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种用于火焰响应测试的速度扰动产生装置，包括信号发生器1、信号放大器2、压电器件3、振动板4、火焰响应测试器5和振动介质6。

信号发生器1和信号放大器2位于火焰响应测试器5外部，两者相连，信号发生器1可产生测试所需的不同频率的谐波信号，信号放大器2接收信号发生器1产生的谐波信号之后进行放大。

压电器件3安装于振动板4上，可位于其两面的任意一面，至少安装一个，也可根据需要安装多个以实现速度扰动的幅值及相位的大范围调整；振动板4安装于供气管道50直径较大的一端，与供气管道50密封连接；振动介质6位于振动板4所在一端的供气管道50中，振动介质6可为空气。压电器件3与功率放大器相连，放大后的谐波信号传至压电器件3后，驱动压电器件3产生形变，压电器件3进一步驱动振动板4产生形变并引起振动介质6的变化。当压电器件3和振动介质6分别处于振动板4的两侧时，振动介质6可处于高温高压状态；此时压电器件3仍处于工作范围内。

火焰响应测试器5包括供气管道50、火焰区51、火焰热释放测量仪52和压力波动测量仪53，供气管道50整体形状可设计为多级直径不同的结构，可由多节组装而成，不仅便于安装，也便于根据需要调整尺寸，火焰区51位于供气管道50中直径较小的一端，包括燃烧器511和火焰510。

压力波动测量仪53安装于火焰区51所在一端的供气管道50侧壁上，火焰热释放测量仪52为一种光学测量仪，位于火焰510外侧。振动板4的形变产生特定频率和幅值的声波，引起管道内部振动介质6产生速度扰动，压力波动测量仪53对产生的速度扰动的幅值和频率进行测试，并计算得到速度扰动幅值和相位，速度扰动幅值和相位可通过信号发生器1和功率放大器进行调制；火焰510在速度扰动的作用下，会产生热释放波动，通过火焰热释放测量仪52可以对火焰510的热释放进行测量；进而，基于速度扰动和热释放测试，可以建立火焰510的响应函数。

本发明核心在于通过压电式速度扰动产生装置，基于压电晶体在可控激励信号输入的条件下，通过自身的形变，驱动振动板4的振动，引起振动介质4振动，进而产生特定频率和幅值的速度扰动。振动板4和燃烧器511采用密封的连接方式，同时其采用刚性结构，具有一定的耐压和耐温能力，因此这种扰动产生装置可以放置于高温高压等场景。同时该装置相对传统形式的扬声器具有体积小、重量轻、安装形式模块化、可两面安装的特点。特别适用于空间紧凑、高温、高压等环境相对恶劣的场合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。