[發明專利]激光燒蝕金屬靶等離子體提高可燃氣體吹熄極限的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410236529.3
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103982910B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 于欣;李曉暉;于楊;彭江波;樊榮偉;陳德應
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F23M11/04
• 分類號: F23M11/04;F23R3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種提高可燃氣體吹熄極限的方法及裝置。

背景技術

隨著超聲速和高超聲速飛行器的發展，各種氣流速度超臨界燃燒系統成為研究熱點。超臨界氣流的速度遠大于火焰傳播速度，火焰極易被吹熄，嚴重影響了燃燒系統的工作穩定性和飛行安全。為了防止火焰熄滅，必須解決氣流速度與火焰傳播速度不匹配的問題，需要在燃燒系統中設置穩燃裝置。穩燃可通過降低氣流速度和提高火焰傳播速度兩種方式來實現，但降低氣流速度將引起燃料利用率低，燃燒室熱管理等問題，因此采用非介入式的穩燃方法提高火焰傳播速度成為當前的研究熱點。等離子體助燃技術正是這樣一種非介入式的穩燃手段，它通過等離子體的作用將燃料和氧化劑電離、解離、激發，成為活性分子、原子、自由基等，從而促進混合燃氣的燃燒化學反應進程，提高可燃氣體的火焰傳播速度和吹熄極限。???

發明內容

為了解決現有氣流速度超臨界燃燒系統中存在的燃燒不穩定、火焰易吹熄的問題，同時通過激光燒蝕金屬靶解決所需激光脈沖能量高、功耗大、不利于工程應用的問題，本發明提供了一種激光燒蝕金屬靶等離子體提高可燃氣體吹熄極限的方法及其裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種激光燒蝕金屬靶等離子體提高可燃氣體吹熄極限的方法，它由如下步驟實現：

步驟一、將可燃氣體通入燃燒器噴嘴，調節氣流速度使其處于超臨界狀態；

步驟二、金屬靶放置在噴嘴上方并與噴嘴相切，激光器輸出的激光入射到透鏡，經透鏡聚焦到金屬靶表面燒蝕金屬靶產生等離子體，可燃氣體形成的火焰經相機拍攝，測量可燃氣體的吹熄極限。

一種實現上述方法所述的激光燒蝕金屬靶等離子體提高可燃氣體吹熄極限的裝置，包括氧化劑氣源、燃料氣源、氧化劑氣源質量流量計、燃料氣源質量流量計、配氣系統、噴嘴、金屬靶、相機以及沿光軸方向依次設置的激光器和透鏡；所述燃料氣源的出氣口與燃料氣源質量流量計的入氣口相連，氧化劑氣源的出氣口與氧化劑氣源質量流量計的入氣口相連，氧化劑氣源質量流量計和燃料氣源質量流量計的出氣口與配氣系統的入氣口相連，配氣系統的出氣口與噴嘴的入氣口相連，金屬靶放置在噴嘴上方并與噴嘴相切，噴嘴位于透鏡的前方，透鏡的焦點位于金屬靶的表面，相機位于噴嘴的一側垂直于激光光路放置用于拍攝可燃氣體形成的火焰。激光器輸出的激光入射到透鏡，經透鏡聚焦到金屬靶表面。可燃氣體形成的火焰經相機拍攝，測量可燃氣體的吹熄極限。

本發明基于激光燒蝕金屬靶等離子體擊穿閾值低的特點，通過燒蝕金屬靶在混合燃氣中產生等離子體，形成穩定的局部熱源和活性粒子源。等離子體中含有大量的活性分子、原子和自由基，這些活性基團加速了燃燒鏈式反應的進行，提高了可燃氣體的火焰的傳播速度和吹熄極限。本發明適用于提高氣流速度超臨界燃燒系統中可燃氣體的吹熄極限。

附圖說明

圖1為本發明裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。

具體實施方式一：如圖1所示，本實施方式提供的激光燒蝕金屬靶等離子體提高可燃氣體吹熄極限的裝置，包括氧化劑氣源1、燃料氣源2、氧化劑氣源質量流量計3、燃料氣源質量流量計4、配氣系統5、噴嘴6、金屬靶7、相機10以及沿光軸方向依次設置的激光器9和透鏡8；所述燃料氣源2的出氣口與燃料氣源質量流量計4的入氣口相連，氧化劑氣源1的出氣口與氧化劑氣源質量流量計3的入氣口相連，氧化劑氣源質量流量計3和燃料氣源質量流量計4的出氣口與配氣系統5的入氣口相連，配氣系統5的出氣口與噴嘴6的入氣口相連，金屬靶7放置在噴嘴6上方并與噴嘴6相切，噴嘴6位于透鏡8的前方，透鏡8的焦點位于金屬靶7的表面，相機10位于噴嘴6的一側垂直于激光光路放置用于拍攝可燃氣體形成的火焰。燃料和氧化劑的流量通過質量流量計控制，通過調節質量流量計使可燃氣體的氣流速度處于超臨界狀態。

使用時，將可燃氣體通入噴嘴，調節氣流速度使其處于超臨界狀態；激光器輸出的激光入射到透鏡，經透鏡聚焦到金屬靶表面燒蝕金屬靶產生等離子體，可燃氣體形成的火焰經相機拍攝，測量可燃氣體的吹熄極限。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述燃料為甲烷、丙烷、氫氣、天然氣中的一種；氧化劑為氮氣/氧氣混合氣，且氧氣的體積分數為5-100%。