[發明專利]一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置

有效

• 申請號: 201611226136.X
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106762330B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 王兆文;張新華;武文杰;成曉北
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F02P17/00
• 分類號: F02P17/00;H01T13/20;H01T13/32
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李歡

1.一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，該裝置包括：火花塞系統、微波系統、定容燃燒彈系統、光學攝影系統及控制系統；

其中，所述微波系統設置于所述定容燃燒彈系統的一側，通過同軸連接器與所述定容燃燒彈系統連接；所述火花塞系統設置于所述定容燃燒彈系統的另一側，并通過導線與所述控制系統連接；所述控制系統則通過導線與所述微波系統和所述光學攝影系統連接；

所述控制系統發出三路存在特定相差的同步脈沖信號，其中，第一路脈沖信號觸發所述火花塞系統產生脈沖高電壓，用于放電擊穿稀薄混合燃氣形成初始等離子體團；第二路脈沖信號觸發所述微波系統產生特定頻率及特定功率的微波脈沖，向所述初始等離子體團中耦合能量以擴大等離子體團實現點火；第三路脈沖信號觸發所述光學攝影系統透過所述定容燃燒彈系統的石英窗聚焦于微波天線與高壓電極中心開始拍攝，記錄所述脈沖高電壓放電擊穿稀薄混合燃氣形成初始等離子體團以及微波脈沖向所述初始等離子體團中耦合能量以擴大等離子體團實現點火后，火焰發展的全過程。

2.根據權利要求1所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述同軸連接器包括中心導體(21)、金屬絲(22)、絕緣玻璃(23)，其中所述中心導體(21)用于插入所述定容燃燒彈系統，并與所述火花塞系統的正極對齊，通過諧振在尖端產生強微波場用于向所述初始等離子體團中耦合能量；同時作為所述火花塞的接地電極，用于與所述火花塞的正極共同構成高壓放電擊穿點火的完整結構。

3.根據權利要求2所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述火花塞系統包括火花塞(8)，所述火花塞(8)包括中心電極(15)和放電針端(24)，其中所述放電針端(24)插入所述定容燃燒彈系統，并與所述中心導體(21)對齊，用于產生脈沖高電壓。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述定容燃燒彈系統還包括定容燃燒彈體和傳感器(12)，其中該定容燃燒彈體用于作為微波等離子體輔助點火的實驗的反應容器，以實現不同實驗環境下的研究；該傳感器的一端與所述定容燃燒彈體及所述石英窗連接，它的另一端與所述控制系統連接，由此用于測量所述反應容器中的壓力和溫度信號，并傳遞給所述控制系統。

5.根據權利要求1所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述微波系統包括微波源(18)和定向耦合器(3)，其中所述定向耦合器(3)用于將所述微波源(18)發出的入射微波以及被系統反射的反射微波進行分離。

6.根據權利要求5所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述微波系統還包括電動銷釘調諧器(17)和波導同軸轉換器(16)，其中所述電動銷釘調諧器(17)位于所述波導同軸轉換器(16)的內部，用于對所述微波源(18)發出的微波能量進行調諧；所述波導同軸轉換器(16)用于將微波由波導傳輸轉換為柔性的同軸電纜傳輸，以便于裝置的靈活擺放。

7.根據權利要求6所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述微波系統還包括微波功率計(1)，其中所述微波功率計(1)與所述控制系統連接，用于測量所述分離后的入射和反射的微波功率，以得出進入到所述定容燃燒彈系統內的微波功率，并傳輸給所述控制系統。

8.根據權利要求7所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述微波系統還包括衰減器(2)，其與所述定向耦合器(3)連接，用于對所述入射微波和反射微波功率進行衰減，從而保護所述微波功率計(1)不受損壞。

9.根據權利要求4所述的一種可視化研究微波等離子體輔助點火的實驗裝置，其特征在于，所述光學攝影系統包括鈉燈(4)、球面鏡(5)及高速相機(11)，其中所述鈉燈(4)用于發射光源，經所述球面鏡(5)反射進入所述定容燃燒彈體及所述石英窗后，再次經過另一個球面鏡反射后進入所述高速相機(11)，以拍攝記錄所述火焰發展的全過程，并將圖像傳輸給所述控制系統。