[發(fā)明專(zhuān)利]一種微米級(jí)金屬顆粒點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611143143.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106770900B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮運(yùn)超;夏智勛;黃利亞;馬立坤;劉龍;楊大力
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N31/12
• 分類(lèi)號(hào): G01N31/12
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微米級(jí)金屬顆粒點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)裝置，所述裝置包括：金屬顆粒離散裝置、供粉細(xì)管、高溫燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)和粒子取樣裝置；所述金屬顆粒離散裝置位于所述高溫燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)下方，通過(guò)供粉細(xì)管與所述高溫燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)連接；所述觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在所述高溫燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)上方；粒子取樣裝置在所述高溫燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)上方移動(dòng)實(shí)現(xiàn)取樣。本發(fā)明能夠直接獲得單個(gè)微米級(jí)的金屬顆粒點(diǎn)火燃燒狀態(tài)，同時(shí)，通過(guò)平面火焰爐營(yíng)造的金屬顆粒點(diǎn)火燃燒環(huán)境更接近于實(shí)際金屬顆粒的點(diǎn)火燃燒環(huán)境，所獲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的工程應(yīng)用價(jià)值高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)裝置，特別涉及一種微米級(jí)金屬顆粒點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，現(xiàn)有技術(shù)通常會(huì)在推進(jìn)劑中添加高能金屬添加劑。添加高能金屬添加劑，不僅可以提高推進(jìn)劑的能量密度和發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖，還可以顯著抑制推進(jìn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定燃燒。因此，金屬添加劑在固體推進(jìn)系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。另外，面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源安全問(wèn)題，人們?cè)絹?lái)越重視新能源的開(kāi)發(fā)利用。相比氫能、生物燃料和電池等，金屬粉末燃料具有來(lái)源豐富、攜帶安全可靠、燃燒熱值高以及環(huán)保等特點(diǎn)，有望成為未來(lái)化石燃料替代的解決方案。目前，研究以金屬粉末為燃料的新型內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)已經(jīng)成為新的重要研究方向。

由于鎂、鋁金屬顆粒的能量密度較高、燃燒溫度高等優(yōu)點(diǎn)，在固體推進(jìn)劑中有著較為廣泛的應(yīng)用；由于鋁顆粒和鐵顆粒的來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，有望成為未來(lái)新型內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)的高能燃料。不論是固體推進(jìn)裝置還是新型的內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)，其內(nèi)部流場(chǎng)都是高溫燃燒火焰場(chǎng)。金屬顆粒作為上述發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃料，其很大一部分能量是來(lái)自于金屬顆粒在高溫流場(chǎng)中點(diǎn)火燃燒過(guò)程釋放出來(lái)的。因此，深入認(rèn)識(shí)金屬顆粒的點(diǎn)火燃燒特性，探究金屬顆粒點(diǎn)火延遲、點(diǎn)火溫度、燃燒時(shí)間、燃燒溫度等性能參數(shù)的變化規(guī)律，對(duì)準(zhǔn)確預(yù)示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能具有重要意義。

目前針對(duì)金屬顆粒點(diǎn)火燃燒的研究主要有數(shù)值仿真和試驗(yàn)兩種研究方法。數(shù)值仿真相對(duì)試驗(yàn)研究耗時(shí)較短、成本低，但由于在建模過(guò)程中進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化處理，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度難以保證。試驗(yàn)研究是獲得金屬顆粒點(diǎn)火燃燒特性最直接的方法，目前常用的金屬顆粒點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)研究方法有采用高能激光/氙燈點(diǎn)火、激波點(diǎn)火、電加熱點(diǎn)火以及熱分析法等。

高能激光/氙燈點(diǎn)火方式是利用激光或氙燈輻射處的能量進(jìn)行加熱顆粒并使其溫度升高至著火點(diǎn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顆粒的點(diǎn)火燃燒。由于這種加熱方式是通過(guò)光源的輻射進(jìn)行加熱的，因此使得金屬顆粒的加熱不均勻，且受顆粒表面吸收率影響較大，難以有效模擬發(fā)動(dòng)機(jī)中金屬顆粒的加熱過(guò)程。此外，由于只有在光源焦點(diǎn)處存在較高的熱流密度，難以對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的顆粒進(jìn)行持續(xù)加熱。

激波點(diǎn)火方式是利用激波波后的高溫高壓氣體使顆粒迅速升至高溫并點(diǎn)燃。此試驗(yàn)方法可以有效模擬顆粒點(diǎn)火的高壓環(huán)境，但是由于瞬間點(diǎn)火，難以清楚觀測(cè)到金屬顆粒點(diǎn)火的詳細(xì)過(guò)程。

電加熱點(diǎn)火方式是利用電流熱效應(yīng)將金屬顆粒點(diǎn)火。但通常由于金屬顆粒處于電熱片上通過(guò)熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)溫度升高，這使得顆粒點(diǎn)火過(guò)程受到干擾，同時(shí)也存在受熱非均勻的問(wèn)題。

熱分析法主要是通過(guò)熱重特性來(lái)間接反映金屬顆粒的點(diǎn)火燃燒特性，顆粒是在密閉燃燒器內(nèi)加熱，無(wú)法觀測(cè)其點(diǎn)火和燃燒過(guò)程中顆粒和火焰形態(tài)，難以獲得豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高溫燃?xì)猸h(huán)境中單個(gè)微米級(jí)金屬顆粒點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)裝置，它能夠模擬不同燃?xì)饨M分、不同燃燒溫度的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)不同粒徑的單個(gè)金屬顆粒在火焰場(chǎng)中的點(diǎn)火燃燒；獲得顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、點(diǎn)火延遲時(shí)間、燃燒時(shí)間等參數(shù)以及不同時(shí)刻的金屬顆粒燃燒中止?fàn)顟B(tài)。

本發(fā)明“一種微米級(jí)金屬顆粒點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)裝置”主要包括：金屬顆粒離散裝置、供粉細(xì)管、高溫燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)和粒子取樣裝置。