[發明專利]撞靶式超聲速氣流加速低熱固相反應裝置及其應用方法

有效

• 申請號: 201710114619.9
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107051364B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 路波;林俊;左金;彭汝芳;李江濤;楚士晉;郭秋亭;林學東;陶洋;張兆;范長海;葉坤;杜寧;楊可;周洪;劉剛
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01J8/08;B01J19/12
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 周曉娜

1.撞靶式超聲速氣流加速低熱固相反應裝置，其特征在于，包括固體物料顆粒輸送單元、氣流輸送單元和反應器，所述的固體物料顆粒輸送單元包括軸向進料管（7）、料斗（8）、送粉器（10）、循環反應裝置（11），所述循環反應裝置（11）一端與送粉器（10）連接，所述送粉器（10）通過自動在線粉末取樣器（9）與料斗（8）連接，料斗（8）與軸向進料管（7）連接；所述的反應器包括超聲速噴管（13）、混合加速室（14）、靶頭（15）、反應器箱體（16）；在超聲速噴管（13）內部同軸方向貫穿設置軸向進料管（7），軸向進料管（7）的入口端連接料斗（8）和送粉器（10），軸向進料管（7）的出口端延伸至混合加速室（14）。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的氣流輸送單元由氣源裝置（1）、過濾及干燥器（2）、儲氣罐（3）、調壓閥（4）、數字閥（5）、流量計（6）依次串連形成一個氣體通道，氣源裝置（1）為空氣壓縮機或特定氣體鋼瓶，數字閥（5）由穩定室、12個文丘里管和12個電磁閥組成。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的超聲速噴管（13）為拉瓦爾噴管，選用聚四氟乙烯或不銹鋼材質，或采用內襯聚四氟乙烯的不銹鋼材質。

4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的靶頭（15）材質選擇鈦、20Cr、碳化鎢或Al₂O₃中的任一種。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在混合加速室（14）設置氣固兩相流診斷系統，包括雙脈沖激光器（18）、激光輸出調制單元（19）、示蹤粒子產生及播撒器（17）、圖像記錄和處理單元（20），其中，雙脈沖激光器（18）與激光輸出調制單元連接，反應器示蹤粒子產生及播撒器（17）與軸向進料管（7）連接，圖像記錄和處理單元（20）收集并處理流體的圖像信息。

6.利用權利要求1-5任一項所述的裝置進行低熱固相反應的方法，其特征在于，調整氣流輸送單元參數，控制進入超聲速噴管（13）的氣流壓力，通過天平稱一定質量的兩種或多種固相顆粒，按照化學計量摩爾比混合均勻，將固相顆粒加入帶有閉環稱重控制系統的送粉器（10）的儲料斗，開啟帶有閉環稱重控制系統的送粉器（10）設定加料速度，固相顆粒均勻地輸送到反應器的料斗（8）和軸向進料管（7），超聲速噴管（13）產生超聲速氣流，在超聲速環形噴流引射作用下，固體物料顆粒在軸向進料管（7）中沿超聲速氣流中心軸向噴射出去，固相顆粒進入反應器，顆粒在相互之間摩擦、碰撞、以及反應物體系的對撞過程中，實現機械能到化學能的轉換；在裝置運行過程中，通過自動在線粉末取樣器（9）對低熱固相反應中間產物的實時取樣，設定取樣間隔時間，裝置循環一定時間，取樣品待測，用超純水和無水乙醇進行純化，除去未反應的原料，真空干燥，得到產物。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，選用目標馬赫數為1-5，換算得到相應的超聲速噴管（13）的進口氣流壓力。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，在反應進行過程中同時開啟氣固兩相流診斷系統，通過脈沖激光器實現532nm激光輸出，通過高精度同步控制器實現0.25納秒同步控制，通過64位核心并行處理控制單元實現高速同步采集和流場數據處理。