[發明專利]燃燒氣氛可調燃燒器及實驗方法

有效

• 申請號: 202011197961.8
• 申請日: 2020-10-31
• 公開（公告）號: CN112345684B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 劉林林;宋英愷;胡松啟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N33/22;G01N21/84;G01J3/28;F23R5/00;F23R3/42;F23R3/28
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

1.一種燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：包括燃燒室、液體燃料進樣機構、粉末燃料進樣機構、粉末分散機構、塊狀燃料升降臺、水蒸氣生成裝置、石英玻璃觀察窗、激光入射窗、激光擋塊窗、密封電極、壓強傳感器接口和濕度傳感器接口；所述燃燒室為中空的長方體結構，其中一對相對側壁上各設置一個石英玻璃觀察窗，另一對相對側壁上分別設置有激光入射窗和激光擋塊窗；所述壓強傳感器接口和濕度傳感器接口均設置于燃燒室的側壁上；

所述液體燃料進樣機構同軸設置于燃燒室的頂部，包括液體燃料盛樣器和單向閥，所述液體燃料盛樣器上端通過螺紋與高壓氣源相連，下端通過螺紋與單向閥連接；所述單向閥通過設置于燃燒室的頂部的進料口與燃燒室內連通，實現液體燃料的進樣；

所述粉末燃料進樣機構包括盛樣漏斗、轉動擋板、漏斗支架、銷釘、電磁鐵、電磁鐵支架；所述盛樣漏斗通過漏斗支架固定于燃燒室頂部進料口的正下方，所述轉動擋板通過銷釘與漏斗支架鉸接，位于盛樣漏斗的下端口處；所述電磁鐵通過電磁鐵支架固定于轉動擋板的一側，通過電磁鐵中彈簧的水平方向壓力，使轉動擋板緊貼盛樣漏斗的下端口；

所述粉末分散機構包括阻尼玻璃、方形漏斗、鋼架、環形支架；所述鋼架為長方體框架結構，同軸固定于燃燒室的內底面；多個阻尼玻璃交錯并向下傾斜固定于鋼架相對兩側的內壁上，形成硼粒子在下落時的障礙，通過對下落硼粒子施加阻力，保證硼粒子能夠疏散開；所述方形漏斗同軸固定于鋼架的中部，環形支架同軸固定于鋼架的下部、并位于阻尼玻璃的下方；

所述塊狀燃料升降臺包括升降臺和固定環，所述升降臺為T形結構，其上端平板用于放置塊狀燃料，下端圓柱的外周面設置有外螺紋；所述固定環為開有內螺紋的圓環；所述升降臺通過螺紋安裝于固定環上，并通過旋轉實現沿軸向的上下位移；所述固定環同軸安裝于粉末分散機構的環形支架上；

所述水蒸氣生成裝置包括加熱圈、水槽和絕緣墊槽，所述水槽通過絕緣墊槽同軸安裝于燃燒室的內底面，并位于所述鋼架內，所述加熱圈緊貼水槽外壁；所述加熱圈通過設置于燃燒室側壁的密封電極與外部旋鈕溫控器相連。

2.根據權利要求1所述燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：所述燃燒室包括燃燒器頂板、燃燒器主體和燃燒器底板，所述燃燒器主體包括燃燒器主體上面板、燃燒器主體側面板、燃燒器主體下面板；四個所述燃燒器主體側面板圍城兩端開口的方筒，其上端口的內周面設置有環形結構的燃燒器主體上面板，通過O型圈與所述燃燒器頂板密封連接；方筒下端口的外周面設置有環形結構的燃燒器主體下面板，通過O型圈與所述燃燒器底板密封連接；所述燃燒器主體側面板上開有燃燒器進/排氣口。

3.根據權利要求2所述燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：所述燃燒器頂板中心處開有通孔，并在通孔外端面同軸固定有公螺紋接頭，所述公螺紋接頭通過螺紋與所述液體燃料進樣機構同軸連接。

4.根據權利要求1所述燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：所述阻尼玻璃的數量為三個。

5.根據權利要求1所述燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：兩個所述石英玻璃觀察窗相對設置，均包括石英玻璃觀察窗口、石英玻璃和石英玻璃觀察窗口壓螺，通過所述石英玻璃觀察窗口壓螺將石英玻璃壓緊安裝于石英玻璃觀察窗口處；通過在石英玻璃觀察窗外設置的高速相機和光譜儀探頭，觀察燃燒室內燃料的點火燃燒過程。

6.根據權利要求1所述燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：所述激光入射窗包括激光入射窗口、激光入射窗口壓螺和鍺玻璃，通過所述激光入射窗口壓螺將鍺玻璃壓緊安裝于激光入射窗口處；通過在激光入射窗外設置的激光點火器和激光準直器，點燃粉末燃料的硼粒子。

7.根據權利要求6所述燃燒氣氛可調燃燒器，其特征在于：所述激光擋塊窗包括激光擋塊窗口、激光擋塊窗口壓螺和激光擋塊；通過所述激光擋塊窗口壓螺將激光擋塊壓緊安裝于激光擋塊窗口處，保證激光擋塊與所述鍺玻璃相對。

8.一種權利要求1所述燃燒氣氛可調燃燒器的實驗方法，其特征在于具體步驟如下：

步驟1.將所述燃燒室主體與燃燒室底板間裝入O型圈并用螺栓緊固；用所述加熱圈緊貼水槽外壁面，將水槽置于絕緣墊槽內并一起嵌入到燃燒器內腔底端的圓形凹槽中；然后用導線將加熱圈與燃燒器主體側壁上的密封電極連接，密封電極另一端通過導線與旋鈕溫控器相連；

在所述粉末燃料分散機構的鋼架上部凹槽內嵌入玻璃阻尼板，在焊接于鋼架上的環形支架中嵌入塊狀燃料升降臺，然后將粉末分散機構嵌入到燃燒室內腔底端的方形凹槽內；在所述燃燒器主體與燃燒器頂板之間裝入O型圈并用螺釘緊固，將燃燒器頂板上端面的接頭通過螺紋與液體燃料進樣機構中的單向閥相連，用扳手擰緊，單向閥另一端與液體燃料盛樣器之間采用螺紋連接；將相應的O型圈填入石英玻璃觀察窗口、激光擋塊窗口和激光入射窗口內對應的環形凹槽內，分別壓入激光擋塊、石英玻璃和鍺玻璃并使用勾扳手旋入對應壓螺、壓緊；

在所述壓強傳感器接口放入相應的聚四氟墊片并使用扳手將壓強傳感器旋入、擰緊，壓強傳感器與板卡相連，將濕度傳感器旋入燃燒室側壁濕度傳感器接口，用扳手緊固，并將濕度傳感器與濕度顯示儀通過導線相連；將四通接口一端與燃燒器進/排氣口相連，四通接口的其他端口分別與排氣閥和兩個高壓氣源相連；

步驟2，關閉所述燃燒器排氣閥門，打開壓強信號采集系統，采集燃燒室內腔壓強數據，使用高壓氣源向燃燒室內分次沖入惰性氣體，使燃燒器內部壓強依次達到1MPa、2MPa、3MPa和4MPa，停止供氣后保持5分鐘，如果燃燒室內壓強不變化，確定燃燒室氣密性良好；

打開加熱圈旋鈕溫控器加熱水槽，使水槽內的水受熱分別在1MPa、2MPa、3MPa和4MPa下實現沸騰，產生大量水蒸汽而充滿燃燒室內腔；同時打開濕度顯示儀，對燃燒器內的水蒸氣濃度進行實時監測，確定水蒸氣供應系統正常后，關閉加熱圈控制器，打開排氣閥將燃燒室內氣體排出；拆卸燃燒器頂板，準備進樣；

步驟3，調節激光準直器位移臺上的兩組微調螺釘使激光準直器出射口軸線與燃燒器激光入射窗口的中軸線重合，調節高速相機高度使鏡頭軸線與石英玻璃觀察窗口軸線重合，在另一個觀察窗外側放置光譜儀探頭；

步驟4，通過燃燒器進樣機構的運行實現進樣，同時打開激光點火器，為燃料的燃燒提供高溫熱源；觸發光譜儀和高速攝影儀，觀察燃料的點火燃燒過程；

步驟5，燃料燃燒結束后，保存光譜儀、高速攝影儀、壓強傳感器記錄的數據；打開排氣閥門將燃燒室內氣體排出，用扳手擰松燃燒室頂板上的螺釘，拆卸燃燒室頂板，清理燃燒室內腔，準備后續實驗。