我国北方地区冬季寒冷而漫长,长途货运车在驾驶中通常需要在打开汽车空调的同时辅助使用燃油风暖加热器来提高驾驶室温度,保证驾驶员行车舒适性。但是现有国产风暖加热器燃烧室设计简单、拆装更换零部件困难,随着使用次数增多燃烧效果逐渐恶化,通常使用一个冬季就因为积碳等问题导致排放黑烟现象明显、热风温度不足等问题;而进口风暖加热器价格高昂,性价比较低。因此,设计研发一款新的风暖加热器具有明显的实际意义。本文分析了现有风暖加热器的研究现状,结合微型燃气轮机燃烧室基本原理与设计方法,采用逆流进气的布置,设计了旋流雾化集成头部、火焰筒、机匣、封头、尾部端盖、换热器、外壳等一系列配套结构,搭建了风暖加热器整机实验系统和用于火焰观察的看火系统。在前期设计完成后,主要进行了以下三个方面的深入研究:(一)基于整体设计结构,对比不同旋流器结构参数的冷态条件数值模拟,对比分析旋流孔偏心距、旋流孔数、旋流器扩压段高度对于流场速度不均匀系数、各区段空气量分配、轴线上速度、回流区位置的影响。考虑到要使燃烧室内燃气流通顺畅、避免火焰筒被烧蚀、避免喷嘴部分及雾化网被烧蚀,最后选定旋流器偏心距介于3.5-5.5mm、旋流孔数为8、旋流器高度为45mm更适合当前设计风暖加热器燃烧室。(二)对于不同雾化网采用不同层数、目数进行中油量下点火燃烧实验,综合分析雾化网结构对于烟气温度、烟气中CO、NO、O2浓度的影响;对于不同旋流器偏心距在低中高三档给油量下进行点火燃烧实验,在横向分析不同旋流器偏心距、不同助燃风量供给下的烟气特性,同时也纵向对比了不同给油量下的整体燃烧特性,分析不同热负荷需求下的燃烧性能。在高原、高寒地区开展风暖加热器整机路试,通过在实际行驶路途中运行风暖加热器,研究烟气组分含量、热风温度与供油量、供风量的关系。(三)使用看火系统观察燃烧室内不同给油频率下的火焰燃烧情况。采用高速摄像机拍摄火焰视频,将每个实验工况下时长约5.2s的视频逐帧提取得到88328张512×512像素的彩色图片,对实验图片用matlab进行图像处理:目标区域裁剪、彩色阈值分割、二值图像转换、火焰面积计算、火焰质心求解、极坐标系转换,最终得到了火焰面积、火焰质心随时间变化的规律。对归一化火焰面积使用快速傅里叶变换,得到火焰振荡主频,并发现火焰面积变化规律符合复杂周期函数,火焰振荡频率与给油频率保持一致;每个燃烧周期中均可以将火焰划分为四个阶段:初期火焰、发展火焰、成熟火焰、衰减火焰,并且在初期火焰阶段可以发现火焰具有明显随助燃风顺时针方向旋转的现象。