本發明屬于自動控制，具體涉及基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置。
背景技術：
1、在當前工業和民用燃氣系統中，火炬點火作為一種常見的點火手段，被廣泛應用于燃氣鍋爐、化工尾氣焚燒、燃氣熱能裝置以及環保燃燒系統中。傳統火炬點火方式大致可分為機械點火、火花點火、壓電點火和高能電子點火等，其中火花點火與壓電點火因結構簡單、成本低而被大量采用。然而，這些常規方法在復雜工況下表現出明顯不足，例如在高濕、低溫、風擾嚴重或燃氣濃度波動大的場景中，點火成功率低、響應速度慢、設備壽命短等問題頻發，導致整個燃燒系統運行效率下降，甚至存在安全隱患。
2、除了硬件結構的限制，現有技術在點火過程控制策略上也存在顯著短板。一方面，多數點火系統僅基于單一物理量如溫度、電壓或電流作為點火判據，缺乏對氣體組分、電離程度和熱場狀態的綜合判斷機制，導致在非最佳點火窗口執行激勵，能耗高而成功率低。另一方面，現有系統大多為開環控制模式，缺乏對點火失敗后的自適應調節能力，無法動態調整加熱參數、電離時間或激勵幅度以應對環境擾動和氣體波動。這種控制策略上的缺陷使得現有技術難以滿足現代燃氣應用對智能化、高可靠性與多適應性的綜合要求。
技術實現思路
1、鑒于此，本發明的主要目的在于提供基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，通過引入非接觸式感應熱源與等離子體控制機制，顯著提升了點火系統的響應速度、點火成功率與環境適應能力。
2、本發明采用的技術方案如下：
3、基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，所述裝置包括：渦流加熱部分，用于在點火區域布置高頻線圈，通過高頻線圈產生交變磁場，在火炬內部的金屬芯片或金屬催化體中引發渦流，進行感應加熱，從而形成高密度熱源；臨界溫升判別部分，用于在混合氣體因金屬芯片或金屬催化體的輻射與熱傳導作用被加熱時，判別混合氣體的溫度是否超過臨界溫度；高頻電離部分，用于當混合氣體的溫度超過臨界溫度時，估算混合氣體中的電子密度，將電子密度與電離閾值對比，若電子密度超過電離閾值，則執行電場激勵，最大化等離子形成效率；火核自持控制部分，用于通過構造火核半徑擴展函數，實時計算火核半徑，若火核半徑達到自持閾值，則判斷火核能夠達到自持，則依次停止感應加熱和電場激勵，若火核半徑未達到自持閾值，則繼續進行感應加熱和電場激勵。
4、進一步的，金屬芯片或金屬催化體位于高頻線圈幾何中心，且金屬芯片或金屬催化體的加熱面或中心點到高頻線圈的橫截面平面之間的軸向間距在高頻線圈的半徑的四分之一到二分之一的范圍內，以最大化磁通耦合。
5、進一步的，點火區域為以金屬芯片或金屬催化體的半徑的2到3倍為半徑所形成的球形區域；混合氣體的流速小于0.5m/s。
6、進一步的，在時刻時的混合氣體的溫度為為：
7、；
8、其中，為初始環境溫度，單位為k；為熱輻射與傳導效率，取值范圍為0.2到0.6；為感應加熱的瞬時功率，單位為w；為金屬芯片或金屬催化體與混合氣體直接接觸的有效面積，單位為m2；為混合氣體的密度，單位為kg/m3；為混合氣體的定壓比熱容，單位為j/(kg·k)；為點火區域體積；為熱傳導時間常數，控制溫升速率，取值范圍為5ms到100ms。
9、進一步的，感應加熱的瞬時功率為：
10、；
11、其中，為金屬芯片或金屬催化體的電導率，單位為s/m；為交變磁場角頻率，單位為rad/s；為高頻線圈峰值磁感應強度，單位為t；為金屬芯片或金屬催化體的半徑，單位為m；為渦流穿透深度，單位為m；，其中，為金屬芯片或金屬催化體的材料的磁導率，單位為h/m；為金屬芯片或金屬催化體的導電率，單位為s/m。
12、進一步的，熱傳導時間常數為：
13、；
14、其中，為金屬芯片或金屬催化體與氣體之間的換熱系數，取值范圍為50到200，單位為w/(m2·k)。
15、進一步的，在時刻時的混合氣體中的電子密度為：
16、；
17、其中，為真空介電常數，取值為8.854×10-12，單位為f/m；為高頻線圈的電場強度，單位為v/m；為中性氣體分子密度，單位為m-3；為平均碰撞頻率；為電子遷移率，單位為m2/(v·s)；為普朗克常數；為高頻線圈感生的等效等離子體頻率，單位為hz；為氣體介質的非線性電離阻尼系數，單位為pa-1；為混合氣體的靜壓；為電離截面，單位為m2，表示單位電子在單位時間內電離中性粒子的幾率。
18、進一步的，在時刻時的火核半徑為：
19、；
20、其中，為初始火核半徑，取值范圍為1到3，單位為mm；為火焰傳播增強系數，表示了渦流或熱擴散對火核擴展速率的增幅；為混合氣體的熱導率，單位為w/(m·k)；為混合氣體的自燃溫度；為單位質量混合氣體的燃燒放熱量。
21、進一步的，臨界溫度為混合氣體的自燃溫度；設電離閾值為；當且時，執行電場激勵；當混合氣體為甲烷與空氣的混合物時，的取值范圍為；當混合氣體為丙烷與空氣的混合物時，的取值范圍為；當混合氣體為氧氣與氫氣的混合物時，的取值范圍為。
22、采用以上技術方案，本發明產生了以下有益效果：通過引入非接觸式感應熱源與等離子體控制機制，顯著提升了點火系統的響應速度、點火成功率與環境適應能力。與傳統火花放電或機械點火方式相比，該裝置無需電極接觸，不僅消除了電極磨損、熔蝕等壽命短的問題，還有效避免了電氣失火或點火不均現象的發生。通過高頻感應方式在金屬芯片或催化體中快速形成集中熱源，能夠在極短時間內將點火區氣體加熱至自燃閾值以上，確保點火過程的即時性與可控性。此外，系統集成了基于電子密度與氣體溫度的雙判據模型，使電離激勵動作僅在最佳時機觸發，避免能量浪費，增強放電效率。在點火完成后，系統進一步依據火焰前沿擴展模型判斷火核是否具備自持能力，若未達到要求則自動進行二次點火補償，實現全過程的閉環智能控制。本發明支持多種氣體類型的自適應點火策略，能夠根據燃氣種類自動調整判據閾值，具備高度通用性與可靠性，適用于復雜工況下的工業燃氣點火、化工尾氣焚燒以及分布式熱能控制等場景，具有顯著的工程應用價值與推廣前景。
1.基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，所述裝置包括：渦流加熱部分，用于在點火區域布置高頻線圈，通過高頻線圈產生交變磁場，在火炬內部的金屬芯片或金屬催化體中引發渦流，進行感應加熱，從而形成高密度熱源；臨界溫升判別部分，用于在混合氣體因金屬芯片或金屬催化體的輻射與熱傳導作用被加熱時，判別混合氣體的溫度是否超過臨界溫度；高頻電離部分，用于當混合氣體的溫度超過臨界溫度時，估算混合氣體中的電子密度，將電子密度與電離閾值對比，若電子密度超過電離閾值，則執行電場激勵，最大化等離子形成效率；火核自持控制部分，用于通過構造火核半徑擴展函數，實時計算火核半徑，若火核半徑達到自持閾值，則判斷火核能夠達到自持，則依次停止感應加熱和電場激勵，若火核半徑未達到自持閾值，則繼續進行感應加熱和電場激勵。
2.如權利要求1所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，金屬芯片或金屬催化體位于高頻線圈幾何中心，且金屬芯片或金屬催化體的加熱面或中心點到高頻線圈的橫截面平面之間的軸向間距在高頻線圈的半徑的四分之一到二分之一的范圍內，以最大化磁通耦合。
3.如權利要求2所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，點火區域為以金屬芯片或金屬催化體的半徑的2到3倍為半徑所形成的球形區域；混合氣體的流速小于0.5m/s。
4.如權利要求3所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，在時刻時的混合氣體的溫度為為：
5.如權利要求4所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，感應加熱的瞬時功率為：
6.如權利要求5所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，熱傳導時間常數為：
7.如權利要求6所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，在時刻時的混合氣體中的電子密度為：
8.如權利要求7所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，在時刻時的火核半徑為：
9.如權利要求8所述的基于高頻感應加熱的智能火炬點火裝置，其特征在于，臨界溫度為混合氣體的自燃溫度；設電離閾值為；當且時，執行電場激勵；當混合氣體為甲烷與空氣的混合物時，的取值范圍為；當混合氣體為丙烷與空氣的混合物時，的取值范圍為；當混合氣體為氧氣與氫氣的混合物時，的取值范圍為。