CN119984832B - 液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，涉及发动机技术领域，本发明通过高压范围下调节的可控燃烧反应腔体模拟发动机内部不同工况，并利用平板狭缝燃烧器模拟发动机缸内火焰与壁面的碰撞过程。同时，采用电气自动控制装置控制燃烧实验中的变量条件，实现对火焰‑壁面物理化学反应过程的系统研究。本发明的实验系统能够对发动机内在极短时间内高效燃烧过程的稳定性、火焰结构以及污染物排放进行深入研究。此外，实验装置集成了采用物联网技术，实现了操作简便，实验数据可视化，揭示了气相火焰‑固相壁面之间的物理化学作用机理，为发动机高效清洁燃烧技术的改进和结构优化提供了重要参考。

Description

液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法。

背景技术

内燃机是当今世界上道路交通、非道路移动机械和国防装备的主要动力，是国民经济最重要的基础产业之一。火焰与壁面之间的相互作用广泛存在于内燃机燃烧系统中，其是一个涉及气体动力学、热力学和化学反应动力学相互耦合的复杂体系。随着发动机小型化趋势的推进，气缸内高温高压气体的膨胀做功过程伴随火焰与壁面不可避免的碰撞。在受限空间内当火焰与较冷的壁面接触时，气固界面间显著的热量损失会导致近壁火焰温度迅速冷却，造成燃烧化学反应减缓甚至是中断，产生火焰不稳定或燃烧不完全现象。此外，火焰-壁面的化学淬熄效应在高温燃烧中占据重要的影响因素，壁面附近过度的自由基消亡对燃料着火以及各类燃烧污染物生成的不利影响也不容忽视。

为减少温室气体排放，零碳燃料-液体燃料双燃料发动机被认为是一种很有发展潜力的技术。然而，零碳燃料-液体燃料双燃料发动机燃烧技术仍面临诸如燃烧稳定性较差、热效率偏低以及NOx排放较高等现实难题。现有研究大多关注通过改变进气条件、喷射策略以及引燃活性燃料等宏观物理参数等对发动机的运行边界和燃烧特性的影响，而对壁面-燃烧火焰的化学微观反应机理的调控关注较少，也很少关注零碳燃料的高压条件下的燃烧。深入研究高压条件下火焰与壁面之间热-化学耦合关系对燃烧装置的性能提升和排放控制具有重要的现实意义。

目前，大多数平板狭缝燃烧实验主要集中在天然气等气体燃料上，而对于高压易液化的液体燃料的实验研究仍面临较大挑战。为了应对实际内燃机缸内密闭燃烧工况下火焰行为较难观测的问题，采用平板狭缝燃烧器来独立研究火焰与壁面相互作用过程，并通过压力可控燃烧反应腔体模拟连续变化的实际工况压力是一种可行的技术思路。平板狭缝燃烧通道内火焰与壁面相互作用的边界层大多为数百个微米量级，传统的测量方法往往会引入更大的实验误差。在线光学诊断技术在复杂的高温燃烧环境中已经展现了其高分辨率、非侵入性以及测量精准高等优越性，是解决上述测量难题的可行手段。

为了探索提高发动机内燃烧热效率，低NOx与未燃物质排放的燃烧组织方式与控制策略，将加压液体燃料加热气化与氧化剂混合，控制当量比、壁温、压力、火焰-壁面距离等实验变量或改变壁面材料，利用平面激光诱导荧光测试系统和高速摄像系统针对壁面-火焰碰撞形成的燃烧自由基以及火焰发展过程进行分析，并使用烟气分析仪对燃烧产物进行检测。在实验过程中，产生了大量需要记录和处理的数据，多种实验变量需要同步控制。针对现有实验平台缺乏强大的数据收集和整理能力的能力，利用物联网技术搭建数据集成数据采集、变量控制、数据处理、人工决策为一体的数据交互系统，大大简便了实验人员的实验操作流程。

发明内容

本发明提供一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，用以解决现有测试装置无法在高压力范围内变化工况下对液体燃料高温燃烧过程中火焰与壁面相互作用现象进行光学诊断的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，包括加压模块、燃料雾化与气化模块、压力可控燃烧反应腔体、T型平板狭缝燃烧器组件、分布式温度监测系统、光学诊断系统、压力平衡排放模块、烟气实时分析模块和数据集成与交互系统；

所述加压模块包括：

供压单元，通过高压管路与压力可控燃烧反应腔体连接；

燃料增压单元和空气增压单元，均通过高压管路与燃料雾化与气化模块连接；

所述燃料雾化与气化模块通过保温输送管道与压力可控燃烧反应腔体连接；

所述T型平板狭缝燃烧器组件设置在压力可控燃烧反应腔体内，用于模拟内燃机工况下火焰与壁面的动态相互作用过程，所述T型平板狭缝燃烧器组件包括狭缝燃烧器基座、燃烧器本体、T型平板狭缝组件和伺服驱动式平板位移机构，所述燃烧器本体包裹有保温材料并安插K型热电偶，安装固定在所述狭缝燃烧器基座的下方，并与燃料雾化与气化模块通过保温加热管道连接，T型合金平板安装在基座平台上的平板线性滑轨上，伺服驱动式平板位移机构设置在所述狭缝燃烧器基座后方的钢架平台上，钢架平台的立柱上安装有高频响应压电传感器；

所述分布式温度监测系统实时采集T型平板狭缝燃烧器组件的壁面温度以及燃料输送管道的热状态参数，并传输至数据集成与交互系统处理；

所述光学诊断系统采集T型平板狭缝组件在高温燃烧中火焰与壁面相互作用过程的瞬态影像信息和自由基分布图像，并传输至数据集成与交互系统处理；

所述压力平衡排放模块设置在压力可控燃烧反应腔体上，保持压力可控燃烧反应腔体动态压力平衡；

所述烟气实时分析模块采集并分析压力可控燃烧反应腔体的燃烧产物，并将数据信号处理后传输至数据集成与交互系统；

所述数据集成与交互系统对来自加压模块、燃料雾化与气化模块、分布式温度监测系统、光学诊断系统和烟气实时分析模块的传感器和设备的数据进行处理和交互。

在一些实施例中，所述狭缝燃烧器基座为框架结构，所述狭缝燃烧器基座顶部设有高温耐火陶瓷板；

所述燃烧器本体包括燃烧器保温体、高频点火单元和燃烧器喷嘴，所述燃烧器保温体固定安装在狭缝燃烧器基座的下方，所述燃烧器保温体包括保温材料、电加热丝和燃烧器K型热电偶，所述燃烧器保温体内部的燃烧室与预混燃料气体输送管道的进气端相连通，所述燃烧器K型热电偶设置在燃烧器保温体的两侧面，监测燃料温度判断气化情况，所述燃烧器喷嘴设置在燃烧器保温体的上方，所述燃烧器喷嘴顶部设有燃烧器喷口，所述燃烧器喷口的通道为矩形结构，所述燃烧器喷口的顶面与高温耐火陶瓷板的表面齐平，所述高频点火单元设置在燃烧器喷口的侧方；

所述伺服驱动式平板位移机构的一侧设有用于驱动伺服驱动式平板位移机构左右旋丝杆转动的步进伺服电机，所述伺服驱动式平板位移机构上活动安装有移动平台，所述伺服驱动式平板位移机构上安装位移传感器监测板间距离；

所述T型平板狭缝组件包括碳硅电加热棒、高透光率石英板、两个平行的表面氮化处理的T型合金平板、平板K型热电偶和平板线性滑轨；所述碳硅电加热棒垂直布置在T型合金平板内，所述T型合金平板的侧面开设有测温孔，所述平板K型热电偶设置在测温孔内，两个所述T型合金平板分别固定在伺服驱动式平板位移机构的两个移动平台上，两个所述T型合金平板平行对称放置，所述高透光率石英板固定在狭缝燃烧器基座的上方，两个所述T型合金平板与两个所述高透光率石英板构成可视燃烧通道，所述平板线性滑轨固定安装在狭缝燃烧器基座的顶部，所述T型合金平板活动安装在平板线性滑轨上。

在一些实施例中，所述加压模块的供压单元包括空气压缩机和空气储存罐；所述加压模块的燃料增压单元包括液体燃料储存罐和燃料增压泵；所述加压模块的空气增压单元包括空气高压储存罐和空气增压泵；

所述空气压缩机的输出端与空气储存罐的输入端通过管道连接，所述空气储存罐的输出端与压力可控燃烧反应腔体通过管道连接，所述液体燃料储存罐的输出端与燃料增压泵的输入端通过管道连接，所述空气高压储存罐的输出端与空气增压泵的输入端通过管道连接；

所述燃料雾化与气化模块包括：

燃料预处理单元，包括PID电控燃料气化电加热器和恒流泵；

当量比精确调控单元，包括第一质量流量控制器、第二质量流量控制器和燃料预混罐；

所述燃料增压泵的输出端通过管道依次与恒流泵、PID电控燃料气化电加热器、第一质量流量控制器连接，所述空气增压泵的输出端与第二质量流量控制器的输入端通过管道连接，所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的输出端均与燃料预混罐的输入端通过管道连接，所述燃料预混罐的输出端经过防回火单向阀后与压力可控燃烧反应腔体通过保温输送管道连接。

在一些实施例中，所述压力可控燃烧反应腔体包括高强度耐压钢制的筒体，所述筒体设有三向正交观测视窗，所述三向正交观测视窗包括正面观察视窗、背面观察视窗和顶部观察视窗，所述正面观察视窗、背面观察视窗和顶部观察视窗分别设置在筒体的前后两侧和顶部，所述筒体的顶部设有反应腔体压力表和防爆安全气阀，所述筒体的侧面分别设有反应腔体供压管道、排气管道和烟气采集输送管，所述反应腔体供压管道连接第三电磁阀后与空气储存罐的输出端连接，所述筒体的下部设有预混燃料气体输送管道和用于电源和信号控制线路通道的穿舱件，所述预混燃料气体输送管道与燃料预混罐相连接，所述预混燃料气体输送管道的管路表面包裹有管道保温加热带。

在一些实施例中，所述光学诊断系统包括：

ICCD相机，设置在背面观察视窗的正后方，实现ns级时间分辨成像；

可调谐光源系统，包括Nd:YAG激光发生器、染料激光器，所述Nd:YAG激光发生器可激发设定波长的脉动激光，所述脉动激光引入到染料激光器产生实验需要特定波长的染料激光；

平面激光诱导荧光系统，包括片光成形组件和高反射率光学镜组，所述染料激光通过片光成形组件后再利用高反射率光学镜组折射向燃烧通道中。

在一些实施例中，所述烟气实时分析模块包括在线烟气分析仪、烟气采集输送管、烟气采集模块、烟气采集移动模块、导轨、烟气采集伸缩弹簧管和T型陶瓷烟气采集管，所述T型陶瓷烟气采集管设置在烟气采集模块的侧面，所述烟气采集伸缩弹簧管与烟气采集模块连接，所述烟气采集模块通过横梁与两端的烟气采集移动模块固定，所述导轨两端固定安装在压力可控燃烧反应腔体上，所述烟气采集移动模块活动安装在导轨上，所述烟气采集输送管的进气口与烟气采集伸缩弹簧管的出气口相连通，所述烟气采集输送管在连接第一电磁阀后与在线烟气分析仪连接。

在一些实施例中，所述压力平衡排放模块包括减压阀，所述减压阀安装在排气管道的出气口，所述排气管道上还安装有第二电磁阀，当压力可控燃烧反应腔体压力超过阈值时，第二电磁阀开启泄压。

在一些实施例中，所述分布式温度监测系统包括：

温控仪，与碳硅电加热棒电性连接，实现碳硅电加热棒的温度控制；

多通道温度采集仪，与平板K型热电偶、燃烧器K型热电偶电性连接，实现温度信号同步采集；

红外热像仪，辅助验证表面温度场分布。

在一些实施例中所述数据集成与交互系统包括：

多通道数据采集模块，通过RS485转TTL模块与各设备和传感器进行数据传输；

PC端计算机，控制系统通过USB转TTL与多通道数据采集模块连接。

本发明还提供的一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验方法，具体包括以下步骤：

S1：为T型合金平板安装好目标实验材料的板材；调整板间距离：通过步进伺服电机控制移动平台移动，位移传感器监测板间距，调整好板间距离后启动温控仪使用碳硅电加热棒对平板进行加热，接通管道保温加热带的电源对全管道进行预热，与此同时，启动空气压缩机不断压缩空气并储存空气储存罐中，待压缩好足够量空气后打开第三电磁阀对压力可控燃烧反应腔体进行充压，监测装置压力，直至达到实验所需压力值；

S2：通过高频响应压电传感器、平板K型热电偶阵列和燃烧器K型热电偶实时监测燃烧室压力和壁面温度、以及燃料输送管道预热情况，直到达到实验预设条件；

S3：燃料增压泵和空气增压泵分别将液体燃料储存罐和空气高压储存罐中的液体燃料和空气加压到实验所需压力；液体燃料加压到实验所需压力后经过带有燃料压力表的输送管道通过恒流泵控制体积流量，输出的定流量液体燃料进入电控燃料气化电加热器中加热充分气化，液体燃料经气化后通过保温输送管道进入第一质量流量控制器；空气加压到实验所需压力后通过带有空气压力表的输送管道进入第二质量流量控制器；恒流泵与质量流量计实现当量比的精确控制；进入燃料预混罐实现燃料/空气充分混合，经过预混后的气体燃料输送至燃烧器本体从燃烧通道中的燃烧器喷嘴喷出，同时用高频点火单元点燃燃料预混气体；

S4：打开第二电磁阀同时观测燃烧室内的压力是否波动，等待状态稳定达到实验标准后，高速摄影同步记录火焰发展过程，平面激光诱导荧光系统捕捉自由基二维分布，分布式温度监测系统记录过程温度；

S5：在完成光学实验数据采集后，启动烟气采集移动模块移动至可调间距T型平板狭缝的中心处，将T型陶瓷烟气采集管伸入燃烧腔体中采集燃烧产物气体，并输送至外部的在线烟气分析仪进行燃烧产物分析，最后排放到室外；

S6：数据处理，多通道数据采集模块获取原始数据，传输到PC端计算机生成数据包，并进行数据可视化处理。

与相关技术相比较，本发明提供的一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法具有如下有益效果：

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，通过高压范围下调节的可控燃烧反应腔体模拟发动机内部不同工况，并且通过平板狭缝燃烧器模拟发动机缸内火焰与壁面的碰撞过程，同时采用电气控制装置控制燃烧实验中的变量条件，实现对火焰-壁面物理化学反应过程全面细致的研究；空气压缩机和压缩空气储气罐可以维持实验条件压力，质量流量器控制当量比，T型合金平板插入碳硅电加热棒控制壁面温度，步进伺服电机控制的移动平台控制平板间距进而控制火焰与壁面的接触距离；而搭配的光学诊断系统和分布式温度监测系统更能够从图像和数据方面直观反映火焰与壁面相互作用过程中的微小变量和变化规律。因此，本发明提供的实验系统可以模拟实现对发动机内在极短时间内高效燃烧过程的稳定性、火焰结构以及污染物排放的深入研究，并且实验装置采用物联网技术，操作简便，可视化实验数据，揭示气相火焰-固相壁面之间的物理化学作用机理，为发动机高效清洁燃烧技术的改进和结构优化提供相应参考。

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，将分布式温度监测系统的K型热电偶探针均匀的装在平板的内部可以得到壁面瞬时温度的变化和壁面的热通量。

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，通过在燃烧腔体内设置的烟气采集伸缩弹簧管和移动模块控制的T型陶瓷烟气采集管，能够准确的调整烟气采集口的位置，采集燃烧产物烟气进行分析。

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，通过设置电气控制的步进伺服电机控制狭缝平板的移动，改变燃烧时火焰与壁面的碰撞距离，可以同时得到火焰与壁面碰撞不同情况的模拟。

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，通过设置激光荧光诱导设备，用特定激光去激发燃烧火焰中产生的自由基发光，可以对火焰与壁面相互作用过程的进行非侵入式测量。

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，通过在平板的火焰接触面设计四周带有沉脚螺母的薄钢片，紧固螺母后，薄钢片紧密贴合在平板上，可拆卸更换不同粗糙度和材质的壁面或者进行壁面涂层，拓宽了实验系统应用范围，模拟高压条件下壁面材料的物理和化学性质对燃烧过程的影响规律。

本发明提供液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，通过使用数据集成与交互系统，在对实验设备进行同步控制的同时对传感器数据进行了处理和可视化，并且将原始数据储存在开源数据库中，极大的简便了整个实验系统的操作。

附图说明

图1为本实施例提供的整体示意图。

图2为图1所示的压力可控燃烧反应腔体外观结构图。

图3为图1所示的压力可控燃烧反应腔体T型平板狭缝燃烧器结构剖视图。

图4为本实施例提供的T型平板狭缝燃烧器结构图。

图5为本实施例提供的数据集成与交互系统工作原理图。

图中标号：1、压力可控燃烧反应腔体；2、在线烟气分析仪；301、第一电磁阀；302、第二电磁阀；303、第三电磁阀；4、减压阀；5、ICCD相机；6、片光成形组件；7、空气储存罐；8、染料激光器；9、Nd:YAG激光发生器；10、空气压缩机；11、电控燃料气化电加热器；12、恒流泵；131、燃料压力表；132、空气压力表；14、燃料增压泵；15、液体燃料储存罐；16、空气高压储存罐；17、空气增压泵；181、第一质量流量控制器；182、第二质量流量控制器；19、燃料预混罐；20、单向阀；21、多通道数据采集模块；22、温控仪；23、PC端计算机；24、多通道温度采集仪；25、T型平板狭缝燃烧器组件；26、顶部观察视窗；27、反应腔体压力表；28、筒体；29、反应腔体供压管道；30、正面观察视窗；31、预混燃料气体输送管道；32、穿舱件；33、排气管道；34、烟气采集输送管；35、背面观察视窗；36、防爆安全气阀；37、高反射率光学镜组；38、烟气采集模块；39、烟气采集移动模块；40、导轨；41、狭缝燃烧器基座；42、燃烧器本体；43、T型平板狭缝组件；44、伺服驱动式平板位移机构；45、碳硅电加热棒；46、高透光率石英板；47、T型合金平板；48、高频点火单元；49、高温耐火陶瓷板；50、燃烧器K型热电偶；51、燃烧器保温体；52、管道保温加热带；53、燃烧器喷嘴；54、电源和信号控制线路；55、燃烧器喷口；56、平板线性滑轨；57、高频响应压电传感器；58、平板K型热电偶；59、步进伺服电机；60、位移传感器；61、移动平台；62、烟气采集伸缩弹簧管；63、T型陶瓷烟气采集管。

具体实施方式

本发明实施例提供的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法中，通过压力可控燃烧反应腔体模拟高压力情况下发动机内部工况，通过电气控制的伺服驱动式平板位移机构改变火焰与板的碰撞距离，质量流量控制器控制当量比，电加热装置控制温度，可更换壁面固定材料，烟气分析仪分析燃烧产物，模拟了火焰与壁面的相互作用过程中的微观变量及变化规律，实现对火焰-壁面燃烧过程物理化学机理的研究。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，如图1至图4所示，包括加压模块、燃料雾化与气化模块、压力可控燃烧反应腔体1、T型平板狭缝燃烧器组件25、分布式温度监测系统、光学诊断系统、压力平衡排放模块、烟气实时分析模块和数据集成与交互系统；加压模块分别与压力可控燃烧反应腔体1和燃料雾化与气化模块连接，燃料雾化与气化模块与压力可控燃烧反应腔体1连接；T型平板狭缝燃烧器组件25设置在压力可控燃烧反应腔体1内，模拟发动机内部火焰与壁面的撞壁过程；分布式温度监测系统实时采集T型平板狭缝燃烧器组件25的壁面温度以及燃料输送管道预热情况，并将数据信号处理后传输至数据集成与交互系统，光学诊断系统采集T型平板狭缝燃烧器组件25在高温燃烧中火焰与壁面相互作用过程的影像信息，并将数据信号处理后传输至数据集成与交互系统压力平衡排放模块，保证实验过程中的压力稳定，烟气实时分析模块采集并分析压力可控燃烧反应腔体1的燃烧产物，并将数据信号处理后传输至数据集成与交互系统，数据集成与交互系统对来自加压模块、燃料雾化与气化模块、分布式温度监测系统、光学诊断系统和烟气实时分析模块的传感器和设备的数据进行处理和交互。

本实施例中，在数据集成与交互系统的控制下，液体燃料和空气通过加压模块和燃料雾化与气化模块转化为实验所需的气态燃料，输送至T型平板狭缝燃烧器组件25中点燃模拟发动机内部火焰与壁面的撞壁过程；利用压力可控燃烧反应腔体1、加压模块、压力平衡排放模块、分布式温度监测系统来保证实验条件的可控性；通过光学诊断系统采集高温燃烧中火焰与壁面相互作用过程的影像信息；烟气实时分析模块采集并分析燃烧产物；此系统为实验人员提供可视化实验数据，揭示气相火焰-固相壁面之间的物理化学作用机理，为发动机高效清洁燃烧技术的改进和结构优化提供相应参考。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例的T型平板狭缝燃烧器组件25包括狭缝燃烧器基座41、燃烧器本体42、T型平板狭缝组件43、伺服驱动式平板位移机构44。狭缝燃烧器基座41包括一个钢制的平台构成框架结构，顶部为防止底部卷吸空气造成干扰的高温耐火陶瓷板49；燃烧器本体42安装在狭缝燃烧器基座41的下方，T型平板狭缝组件43安装在狭缝燃烧器基座41的平板线性滑轨56上，伺服驱动式平板位移机构44安装在狭缝燃烧器基座41后方的钢架平台上。

燃烧器本体42包括燃烧器保温体51、高频点火单元48和燃烧器喷嘴53，燃烧器保温体51由保温材料、电加热丝和燃烧器K型热电偶50构成，燃烧器与预混燃料气体输送管道31连接；燃烧器K型热电偶50设置在燃烧器保温体51的两侧；燃烧器喷嘴53在燃烧器保温体51的上方，燃烧器喷口55的通道为长15mm，宽1mm的矩形结构，燃烧器喷口55的顶面与高温耐火陶瓷板49的表面齐平；高频点火单元48设置在燃烧器喷口55的侧面，通过底部线路穿舱件32与外部的多通道数据采集模块21连接，PC端计算机23用于控制高频点火单元48产生电火花点火；经过加热、气化、预混后的燃料气体经过预混燃料气体输送管道31后进入燃烧器保温体51内，最后再从燃烧器喷嘴53顶部的燃烧器喷口55中喷出，并利用高频点火单元48点燃，生成与T型合金平板47平行的火焰。

伺服驱动式平板位移机构44的一侧安装用于驱动的旋丝杆转动的步进伺服电机59，伺服驱动式平板位移机构44上安装有移动平台61和位移传感器60，便于直接在PC端电脑上读取板间距离数据；步进伺服电机59驱动左右旋丝杆转动时可以实现两个移动平台61同时向中心处位移，由此调节平板间狭缝距离，调节精度为±0.01mm，而一般火焰的熄火距离尺度远远大于这一精度，满足实验的精度要求；T型合金平板47的T型结构增加了平板的蓄热容积有利于减少壁面温度的波动并且为狭缝间距的调节预留行程，而在T型合金平板47的外侧还可铺上保温棉对平板进行保温减少实验中的散热损失。

T型平板狭缝组件43包括碳硅电加热棒45、高透光率石英板46、T型合金平板47、平板K型热电偶58和平板线性滑轨56；碳硅电加热棒45垂直插入T型合金平板47内，T型合金平板47的侧面开设有测温孔安装平板K型热电偶58，用于测量火焰与壁面相互作用过程中壁面以及近壁面区域的温度变化以及热通量；两个平行对称放置的T型合金平板47均由定位螺丝固定在伺服驱动式平板位移机构44的两个移动平台61上，两块高透光率石英板46夹持T型合金平板47与构成狭缝燃烧通道；平板线性滑轨56固定安装在狭缝燃烧器基座41上与T型合金平板47对接，减轻平板的重量会给移动增加阻力的状况；T型合金平板47的平板壁面为可更换壁面设计，矩形薄钢片通过四个角的沉脚螺母固定贴合在壁面上，可进行不同壁面涂层或不同壁面材质与火焰相互作用过程的实验。

实施例三

在实施例一的基础上，本实施例的加压模块包括空气压缩机10、空气储存罐7、液体燃料储存罐15、燃料增压泵14、空气高压储存罐16和空气增压泵17，空气压缩机10压缩空气并储存在空气储存罐7中，燃料增压泵14和空气增压泵17分别将液体燃料储存罐15和空气高压储存罐16中的液体燃料和空气加压到实验所需压力。

实施例四

在实施例三的基础上，本实施例的燃料雾化与气化模块包括恒流泵12、电控燃料气化电加热器11、第一质量流量控制器181、第二质量流量控制器182和燃料预混罐19，液体燃料加压到实验所需压力后经过安装有燃料压力表131的输送管道通过恒流泵12，输出的定流量液体燃料进入电控燃料气化电加热器11，在电加热器中加热充分气化，此后所有管道均为包裹保温材料并缠绕管道保温加热带52的保温管道以防止气化燃料输送中冷却液化，然后通过第一质量流量控制器181；空气加压到实验所需压力后通过安装有空气压力表132的不锈钢输送管道进入第二质量流量控制器182；第一质量流量控制器181和第二质量流量控制器182的输出端均连接至燃料预混罐19，质量流量控制器的控制信号和数据传输至多通道数据采集模块21，通过控制燃料和空气的质量流量，保证实验的当量比可控；燃料预混罐19后的保温输送管路上加装单向阀20，与燃烧器输入端连接。

实施例五

在实施例四的基础上，本实施例的压力可控燃烧反应腔体1包括筒体28，用于为实验提供所需的特定压力和环境，燃烧反应腔体主体是由可承受高压的特种不锈钢筒体构成，由于在实验过程中不断充入燃料燃烧，这势必会导致整个压力可控燃烧反应腔体1的压力波动造成实验条件的改变，为了避免这个问题，一方面使用的燃烧器流量很小，另一方面选择较大的燃烧室尺寸稀释在实验期间可能产生的压力波动；燃烧室底部为一体式构造，下部焊接预混燃料气体输送管道31，此外，热电偶、伺服电机、传感器等电源和信号控制线路54通过穿舱件32连接外界设备，采取密封处理，保证气密性；筒体28的前后两侧和顶部分别有法兰开设的正面观察视窗30、背面观察视窗35和顶部观察视窗26，法兰中间为钢化玻璃制作而成的观察窗，方便观测实验燃料高温燃烧下火焰与T型合金平板47的相互作用过程，同时顶部观察视窗26还用于Nd:YAG激光发生器9的脉冲激光的射入，筒体28的顶部安装有反应腔体压力表27和防爆安全气阀36；反应腔体压力表27的量程为-0.1～25MPa，目前国内外柴油发动机燃烧室实际工作最高燃烧压力通常在6MPa到15MPa之间，增压柴油机一般达到13MPa以上，可以满足实验需求。通过反应腔体压力表27方便实验人员直接观测到筒体28中的气压物理环境；防爆安全气阀36在筒体28中压力过高时可排出气体，提高实验的安全性；筒体28的侧面分别焊接反应腔体供压管道29、排气管道33和烟气采集输送管34，空气从空气储存罐7输出后通过安装有第三电磁阀303的反应腔体供压管道29进入筒体28，筒体28的下部设有预混燃料气体输送管道31和用做电源和信号控制线路54通道的穿舱件32；预混燃料气体输送管道31的管路表面包裹有管道保温加热带52。

实施例六

在实施例五的基础上，本实施例的伺服驱动式平板位移机构44的立柱上还安装高频响应压电传感器57；高频响应压电传感器57通过多通道数据采集模块21和数据集成与交互系统连接，实时监测压力可控燃烧反应腔体1内压力，当空气储存罐7中压缩空气通入压力可控燃烧反应腔体1直至达到实验所需压力值后，同时启动各部分加热装置，达到预设温度后再通入液体燃料-空气，气化后的预混气从狭缝间的燃烧器喷嘴53喷出，同时使用高频点火单元48点燃燃料预混气体。本实验系统拥有两套检测设备，工作时需分开进行实验，针对火焰形态及与壁面相互作用过程的光学诊断系统：打开压力平衡排放模块，PID电磁阀持续泄压，再次观察压力可控燃烧反应腔体1顶部的反应腔体压力表27或高频响应压电传感器57压力信号，通过调节空气压缩机10功率和电磁阀调整腔体压力，等待状态稳定后，使用光学诊断系统和分布式温度监测系统，记录火焰与壁面的相互作用。针对燃烧产物的烟气分析系统：关闭压力平衡排放模块，使用烟气采集移动模块39将特制的T型陶瓷烟气采集管63伸入狭缝不同位置采集烟气，通入外界的在线烟气分析仪2进行燃烧产物的分析。

实施例七

在实施例六的基础上，本实施例的光学诊断系统包括ICCD相机5和OH-PLIF平面激光诱导荧光系统；OH-PLIF平面激光诱导荧光系统包括Nd:YAG激光发生器9、染料激光器8、片光成形组件6、高反射率光学镜组37，Nd:YAG激光发生器9可激发设定波长的脉动激光，将脉动激光引入到染料激光器8产生实验需要的特定波长的染料激光，染料激光通过片光成形组件6后转换为约1.5mm厚片光。片光成形组件6用于调整激光数照射宽度和焦距(发散度和汇聚度)，再利用高反射率光学镜组37将片光垂直切向狭缝，通过使用水平放置的带有增强器的ICCD相机5观察压力可控燃烧反应腔体1背面的背面观察视窗35，拍摄火焰与壁面相互作用的燃烧火焰过程形态，还可捕获自由基荧光信号，记录火焰中的荧光信号强度分布，进而表征气相OH自由基浓度大小。使用的ICCD相机5的镜头为带有带宽滤波片的UV镜头，可过滤火焰自发光、激光同频率的散射/反射光以及实验环境中杂光源等因素干扰，同时为了获得更大放大倍数，在镜头前面加装了皮腔。

实施例八

在实施例六的基础上，本实施例的烟气实时分析模块包括在线烟气分析仪2、烟气采集输送管34、烟气采集模块38、烟气采集移动模块39、导轨40、烟气采集伸缩弹簧管62和T型陶瓷烟气采集管63，T型陶瓷烟气采集管63固定在烟气采集模块38上，烟气采集伸缩弹簧管62通过烟气采集模块38与T型陶瓷烟气采集管63连接；烟气采集模块38的滑轨两端安装在烟气采集移动模块39上，导轨40两端固定安装在压力可控燃烧反应腔体1上；烟气采集伸缩弹簧管62与烟气采集输送管34相连，烟气采集输送管34在经过第一电磁阀301后与在线烟气分析仪2连接。此模块还包括警报器，检测空气中可燃气体浓度并在超出限度时报警，防止发生爆燃事故。在线烟气分析仪2的量程范围0～2000ppm，分析燃烧产物信息，同时将数据信号传输到数据集成与交互系统电脑分别生成温度-产物浓度，狭缝间距-产物浓度等二维坐标系图像。

实施例九

在实施例五的基础上，本实施例的压力平衡排放模块的排气管道33上还安装有第二电磁阀302和减压阀4；在正常工况下，加压实验条件下烟气会自动排出。排气与烟气分析的管道为各自独立设计，互不干扰。

实施例十

在实施例二的基础上，本实施例的分布式温度监测系统包括温控仪22和多通道温度采集仪24；温控仪22与碳硅电加热棒45电性连接；多通道温度采集仪24与平板K型热电偶58、燃烧器K型热电偶50电性连接。T型合金平板47开有插置碳硅电加热棒45的孔洞，用以加热壁面；T型合金平板47外侧均匀的开有插入燃烧器K型热电偶50的测温孔，测温孔深度至燃烧面2mm处，多通道温度采集仪24采集平板K型热电偶58的温度信号，再将温度数据信号传输至多通道数据采集模块21，将处理后的信号传输到PC端计算机23进行储存和可视化；实验人员得到温度数据后根据实验条件需要通过人工决策发送控制指令至温控仪22，调节碳硅电加热棒45的电加热功率，实现壁面温度的可控；在燃烧器保温体51上也布置有燃烧器K型热电偶50用以监测燃料温度，判断气化燃料是否发生液化，并由数据集成与交互系统去控制燃料雾化与气化模块的加热功率。

在实验中，多通道温度采集仪24采集平板K型热电偶58温度数据，再传至多通道数据采集模块21和PC端计算机23，生成可用数据并生成二维坐标系关于壁面温度的图像，再由人工决策处理使用PC端计算机23发送控制命令给温控仪22，从而适时调整碳硅电加热棒45功率实现壁面温度的监测和控制；对壁面进行加热及控温的目的一方面是高温壁面对火焰有稳焰作用，通过改变预混气流速、当量比、压力、初始温度等使火焰最终稳定在通道不同位置处；另一方面固定了初始状态的温度场和热边界场，便于控制实验变量。此外，为了实现壁温更稳定控制，在平板的外侧用夹持保温棉，减少热量的损失。碳硅电加热棒45和平板K型热电偶58的线路，通过燃烧室底部穿舱件32与外部设备及系统连接。因为实验所用液体燃料，为壁面加热气化后在输送途中再次冷却液化，对全管道包裹保温材料和电加热丝，并且每隔30cm布置有监测管内温度的K型热电偶。

实施例十一

在实施例一至十的基础上，本实施例的数据集成与交互系统包括基于FPGA的多通道数据采集模块21、PC端计算机23、各传感器、硬件设备、连接线路以及软件部分。多通道数据采集模块21通过RS485转TTL模块连接高频响应压电传感器57、第一质量流量控制器181、第二质量流量控制器182、位移传感器60、步进伺服电机59、高频点火单元48、电磁阀门、温控仪22、多通道温度采集仪24、在线烟气分析仪2、电控燃料气化电加热器11、烟气采集移动模块39；PC端计算机23通过USB转TTL模块连接多通道数据采集模块21，用于采集处理实验数据并实时控制各个组件的工作状态达到控制变量的目的，实现单一变量模拟发动机内部的火焰与壁面的碰撞过程。通过PC端计算机23可以实现方便简洁的操控多个实验变量，对火焰与壁面的相互作用过程全面细致的研究，而同时使用的数据可视化处理，让光学诊断系统和分布式温度监测系统、高频响应压电传感器57、质量流量控制器182等收集到的数据直接在PC端计算机23上生成二维坐标系图像，能够从数据的方面直观的反应火焰与壁面相互作用过程中的微观变量以及变化规律，所测数据能为发动机高效清洁燃烧技术的改进和结构优化提供相应参考。

如图5所示，数据集成与交互系统的工作原理包括：多通道数据采集模块21与传感器和控制设备使用RS485转TTL模块进行双向通讯，与PC端计算机23使用USB转TTL模块进行双向通讯；多通道数据采集模块21通过通讯协议不断向传感器和设备发送读取指令获取原始数据并进行函数转换处理等，生成PC端可直接读取的孪生数据，并通过WIFI通讯技术将孪生数据上传至EMQX服务器，EMQX是一个开源的分布式物联网消息服务器；建立了MySQL数据库，使用程序开发工具PyCharm通过订阅EMQX服务器，不断获取服务器内大量传感器数据和控制参数，并进一步采用ORM编程技术将数据存储在MySQL数据库中，方便实验人员后续的查找。在PC端计算机23上接收到的实验采集数据使用Echart在网页中创建交互式的数据可视化图表，将数据转化为折线图、柱状图和数字进行动态显示，可以直观的掌握整个实验系统的运行状态。在PC端计算机23上实验人员参考可视化数据图像，根据具体实验需求，人工决策发送控制命令至多通道数据采集模块21，再分别同步控制各设备。

本发明提供一种液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验方法，具体包括以下步骤：

S1：调整T型合金平板47的板间距离，通过步进伺服电机59控制移动平台61移动，通过位移传感器60监测板间距，调整好板间距离后启动碳硅电加热棒45对平板进行加热，接通管道保温加热带52的电源对全管道进行预热，与此同时，启动空气压缩机10不断压缩空气并储存在压缩空气储存罐7中，待压缩好足够量空气后打开第三电磁阀303对压力可控燃烧反应腔体1进行充压。

S2：空气储存罐7中压缩空气通入压力可控燃烧反应腔体1直至达到实验所需压力值，监测装置压力。

S3：通过高频响应压电传感器57、平板K型热电偶58和燃烧器K型热电偶50实时监测燃烧室压力和壁面温度、以及燃料输送管道预热情况，直到达到实验预设条件。

S4：燃料增压泵14和空气增压泵17分别将液体燃料储存罐15和空气高压储存罐16中的液体燃料和空气加压到实验所需压力；液体燃料加压到实验所需压力后经过带有燃料压力表131的输送管道通过恒流泵12控制体积流量，输出的定流量液体燃料进入电控燃料气化电加热器11中加热充分气化；液体燃料经气化后通过保温不锈钢输送管道进入第一质量流量控制器181；空气加压到实验所需压力后通过带有空气压力表132的不锈钢输送管道进入第二质量流量控制器182；燃料和空气分别通过第一质量流量控制器181和第二质量流量控制器182来控制质量流量当量比后进入燃料预混罐19，经过预混后的气体燃料输送至燃烧器本体42中；气化后的预混气从燃烧通道中的燃烧器喷嘴53喷出燃料，同时用高频点火单元48点燃燃料预混气体。

S5：通过燃料气体生成装置向燃烧器本体42供气，利用高频点火单元48点燃预混气体燃料，并且打开第二电磁阀302同时观测燃烧室内的压力是否波动来决定阀门开度，等待状态稳定达到实验标准后通过光学诊断系统和分布式温度监测系统记录火焰与壁面的相互作用过程；

S6：在完成光学实验数据采集后，启动烟气采集移动模块39移动至T型平板狭缝组件43的中心处，将T型陶瓷烟气采集管63伸入燃烧腔体中采集燃烧产物气体，并输送至外部的在线烟气分析仪2进行燃烧产物分析，最后排放到室外。

综上，本发明提供的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法通过模拟发动机内部高压工况下缸内火焰撞壁过程，直观反映火焰-壁面相互作用过程中微观变量的变化规律，实现对火焰-壁面燃烧过程的深入研究。

Claims (10)

1.液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于：包括加压模块、燃料雾化与气化模块、压力可控燃烧反应腔体（1）、T型平板狭缝燃烧器组件（25）、分布式温度监测系统、光学诊断系统、压力平衡排放模块、烟气实时分析模块和数据集成与交互系统；

所述加压模块包括：

供压单元，通过高压管路与压力可控燃烧反应腔体（1）连接；

燃料增压单元和空气增压单元，均通过高压管路与燃料雾化与气化模块连接；

所述燃料雾化与气化模块通过保温输送管道与压力可控燃烧反应腔体（1）连接；

所述T型平板狭缝燃烧器组件（25）设置在压力可控燃烧反应腔体（1）内，用于模拟内燃机工况下火焰与壁面的动态相互作用过程，所述T型平板狭缝燃烧器组件（25）包括狭缝燃烧器基座（41）、燃烧器本体（42）、T型平板狭缝组件（43）和伺服驱动式平板位移机构（44），所述燃烧器本体（42）设置在狭缝燃烧器基座（41）的下方，所述燃烧器本体（42）与燃料雾化与气化模块连接，所述T型平板狭缝组件（43）设置在狭缝燃烧器基座（41）的上方，所述伺服驱动式平板位移机构（44）设置在狭缝燃烧器基座（41）后方的钢架台上，所述伺服驱动式平板位移机构（44）的钢架台立柱上还设置有高频响应压电传感器（57）；

所述分布式温度监测系统实时采集T型平板狭缝燃烧器组件（25）的壁面温度以及燃料输送管道的热状态参数，并传输至数据集成与交互系统处理；

所述光学诊断系统采集T型平板狭缝组件（43）在高温燃烧中火焰与壁面相互作用过程的瞬态影像与自由基分布信息，并传输至数据集成与交互系统处理；

所述压力平衡排放模块设置在压力可控燃烧反应腔体（1）上，保持压力可控燃烧反应腔体（1）动态压力平衡；

所述烟气实时分析模块采集并分析压力可控燃烧反应腔体（1）的燃烧产物，并将数据信号处理后传输至数据集成与交互系统；

所述数据集成与交互系统对来自加压模块、燃料雾化与气化模块、分布式温度监测系统、光学诊断系统和烟气实时分析模块的传感器和设备的数据进行处理和交互。

2.根据权利要求1所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述狭缝燃烧器基座（41）为框架结构，所述狭缝燃烧器基座（41）顶部设有高温耐火陶瓷板（49）；

所述燃烧器本体（42）包括燃烧器保温体（51）、高频点火单元（48）和燃烧器喷嘴（53），所述燃烧器保温体（51）固定安装在狭缝燃烧器基座（41）的下方，所述燃烧器保温体（51）包括保温材料、电加热丝和燃烧器K型热电偶（50），所述燃烧器保温体（51）与预混燃料气体输送管道（31）的进气端相连，所述燃烧器K型热电偶（50）安插在燃烧器保温体（51）的两侧面，所述燃烧器喷嘴（53）设置在燃烧器保温体（51）的上方，所述燃烧器喷嘴（53）顶部为燃烧器喷口（55），燃烧器喷口（55）的顶面与高温耐火陶瓷板（49）表面平齐，所述高频点火单元（48）设置在燃烧器喷口的侧方；

所述伺服驱动式平板位移机构（44）的一侧设有用于驱动伺服驱动式平板位移机构（44）左右旋丝杆转动的步进伺服电机（59），所述伺服驱动式平板位移机构（44）上活动安装有移动平台（61），所述伺服驱动式平板位移机构（44）上安装位移传感器（60）；

所述T型平板狭缝组件（43）包括碳硅电加热棒（45）、高透光率石英板（46）、两个平行的表面氮化处理的T型合金平板（47）、平板线性滑轨（56）和平板K型热电偶（58）；所述碳硅电加热棒（45）垂直安插在T型合金平板（47）内，所述T型合金平板（47）的外侧面开设有测温孔，所述平板K型热电偶（58）设置在测温孔内，两个所述T型合金平板（47）分别固定在伺服驱动式平板位移机构（44）的两个移动平台（61）上，两个所述T型合金平板（47）平行对称放置，所述高透光率石英板（46）固定在狭缝燃烧器基座（41）的上方，两个所述T型合金平板（47）与两个所述高透光率石英板（46）构成燃烧通道，所述平板线性滑轨（56）固定安装在狭缝燃烧器基座（41）的顶部，所述T型合金平板（47）活动安装在平板线性滑轨（56）上。

3.根据权利要求2所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述加压模块的供压单元包括空气压缩机（10）和空气储存罐（7）；所述加压模块的燃料增压单元包括液体燃料储存罐（15）和燃料增压泵（14）；所述加压模块的空气增压单元包括空气高压储存罐（16）和空气增压泵（17）；

所述空气压缩机（10）的输出端与空气储存罐（7）的输入端通过管道连接，所述空气储存罐（7）的输出端与压力可控燃烧反应腔体（1）通过管道连接，所述液体燃料储存罐（15）的输出端与燃料增压泵（14）的输入端通过管道连接，所述空气高压储存罐（16）的输出端与空气增压泵（17）的输入端通过管道连接；

所述燃料雾化与气化模块包括：

燃料预处理单元，包括PID电控燃料气化电加热器（11）和恒流泵（12）；

当量比精确调控单元，包括第一质量流量控制器（181）、第二质量流量控制器（182）和燃料预混罐（19）；

所述燃料增压泵（14）的输出端通过管道依次与恒流泵（12）、PID电控燃料气化电加热器（11）、第一质量流量控制器（181）连接，所述空气增压泵（17）的输出端与第二质量流量控制器（182）的输入端通过管道连接，所述第一质量流量控制器（181）和第二质量流量控制器（182）的输出端均与燃料预混罐（19）的输入端通过管道连接，所述燃料预混罐（19）的输出端经过单向阀（20）后与压力可控燃烧反应腔体（1）通过管道连接。

4.根据权利要求3所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述压力可控燃烧反应腔体（1）包括高强度耐压钢制的筒体（28），所述筒体（28）设计有三向正交观测视窗，所述三向正交观测视窗包括正面观察视窗（30）、背面观察视窗（35）和顶部观察视窗（26），所述正面观察视窗（30）、背面观察视窗（35）和顶部观察视窗（26）分别设置在筒体（28）的前后两侧和顶部，所述筒体（28）的顶部设有反应腔体压力表（27）和防爆安全气阀（36），所述筒体（28）的侧面分别设有反应腔体供压管道（29）、排气管道（33）和烟气采集输送管（34），所述反应腔体供压管道（29）连接第三电磁阀（303）后与空气储存罐（7）的输出端连接，所述筒体（28）的下部设有预混燃料气体输送管道（31）和用于电源和信号控制线路（54）通过的穿舱件（32），所述预混燃料气体输送管道（31）与燃料预混罐（19）相连接，所述预混燃料气体输送管道（31）的管路表面包裹有管道保温加热带（52）。

5.根据权利要求4所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述光学诊断系统包括：

ICCD相机（5），设置在背面观察视窗（35）的正后方，实现ns级时间分辨成像；

可调谐光源系统，包括Nd:YAG激光发生器（9）、染料激光器（8），所述Nd:YAG激光发生器（9）可激发设定波长的脉动激光，所述脉动激光引入到染料激光器（8）产生实验需要特定波长的染料激光；

平面激光诱导荧光系统，包括片光成形组件（6）和高反射率光学镜组（37），所述染料激光通过片光成形组件（6）后再利用高反射率光学镜组（37）折射向燃烧通道中。

6.根据权利要求5所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述烟气实时分析模块包括在线烟气分析仪（2）、烟气采集输送管（34）、烟气采集模块（38）、烟气采集移动模块（39）、导轨（40）、烟气采集伸缩弹簧管（62）和T型陶瓷烟气采集管（63），所述T型陶瓷烟气采集管（63）固定在烟气采集模块（38）上，所述烟气采集伸缩弹簧管（62）与烟气采集模块（38）连接，所述烟气采集模块（38）通过横梁与两端的烟气采集移动模块（39）固定，所述导轨（40）两端固定安装在压力可控燃烧反应腔体（1）上，所述烟气采集移动模块（39）活动安装在导轨（40）上，所述烟气采集伸缩弹簧管（62）与烟气采集输送管（34）相连通，所述烟气采集输送管（34）在连接第一电磁阀（301）后与在线烟气分析仪（2）连接。

7.根据权利要求6所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述压力平衡排放模块包括减压阀（4），所述减压阀（4）安装在排气管道（33）的出气口，所述排气管道（33）上还安装有第二电磁阀（302），当压力可控燃烧反应腔体（1）压力超过阈值时，第二电磁阀（302）开启泄压。

8.根据权利要求7所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述分布式温度监测系统包括：

温控仪（22），与碳硅电加热棒（45）电性连接，实现碳硅电加热棒（45）的温度控制；

多通道温度采集仪（24），与平板K型热电偶（58）、燃烧器K型热电偶（50）电性连接，实现温度同步采样；

红外热像仪，辅助验证表面温度场分布。

9.根据权利要求8所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统，其特征在于，所述数据集成与交互系统包括：

多通道数据采集模块（21），通过RS485转TTL模块与各设备和传感器进行数据传输；

PC端计算机（23），控制系统通过USB转TTL与多通道数据采集模块（21）连接。

10.一种使用如权利要求9所述的液体燃料高压燃烧火焰与壁面相互作用的实验系统及方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：为T型合金平板（47）安装好目标实验材料的板材；调整板间距离：通过步进伺服电机（59）控制移动平台（61）移动，位移传感器（60）监测板间距，调整好板间距离后启动温控仪（22）使用碳硅电加热棒（45）对平板进行加热，接通管道保温加热带（52）的电源对全管道进行预热，与此同时，启动空气压缩机（10）不断压缩空气并储存空气储存罐（7）中，待压缩好足够量空气后打开第三电磁阀（303）对压力可控燃烧反应腔体（1）进行充压，监测装置压力，直至达到实验所需压力值；

S2：通过高频响应压电传感器（57）、平板K型热电偶（58）阵列和燃烧器K型热电偶（50）实时监测燃烧室压力和壁面温度、以及燃料输送管道预热情况，直到达到实验预设条件；

S3：燃料增压泵（14）和空气增压泵（17）分别将液体燃料储存罐（15）和空气高压储存罐（16）中的液体燃料和空气加压到实验所需压力；液体燃料加压到实验所需压力后经过带有燃料压力表（131）的输送管道通过恒流泵（12）控制体积流量，输出的定流量液体燃料进入电控燃料气化电加热器（11）中加热充分气化，液体燃料经气化后通过保温输送管道进入第一质量流量控制器（181）；空气加压到实验所需压力后通过带有空气压力表（132）的输送管道进入第二质量流量控制器（182）；恒流泵（12）与质量流量计实现当量比的精确控制；进入燃料预混罐（19）实现燃料/空气充分混合，经过预混后的气体燃料输送至燃烧器本体（42）从燃烧通道中的燃烧器喷嘴（53）喷出，同时用高频点火单元（48）点燃燃料预混气体；

S4：打开第二电磁阀（302）同时观测燃烧室内的压力是否波动，等待状态稳定达到实验标准后，高速摄影同步记录火焰发展过程，平面激光诱导荧光系统捕捉自由基二维分布，分布式温度监测系统记录过程温度；

S5：在完成光学实验数据采集后，启动烟气采集移动模块（39）移动至可调间距T型平板狭缝（43）的中心处，将T型陶瓷烟气采集管（63）伸入燃烧腔体中采集燃烧产物气体，并输送至外部的在线烟气分析仪（2）进行燃烧产物分析，最后排放到室外；

S6：数据处理，多通道数据采集模块（21）获取原始数据，传输到PC端计算机（23）生成数据包，并进行数据可视化处理。