一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法，属于含能材料性能测试技术领域。本发明专利技术的实验测量装置，其高温反应机构包括保护管、燃烧槽和拉伸杆，保护管的两端设有密封塞，燃烧槽置于保护管内部，拉伸杆的一端与燃烧槽端部可拆卸连接，其另一端穿过密封塞伸至保护管外部；所述的气体供应机构用于为高温反应机构供应铝热反应所需的气体，点火机构用于为高温反应机构内的铝热反应粉末点火，燃烧数据采集机构用于实验数据采集。本发明专利技术能够对铝热反应温度与燃速变化进行全程监测，同时实现了燃烧状态可视化，实验操作同步控制化和数据采集处理一体化的功能，提高了实验结果的准确性和可靠性。

Device and method for measuring temperature and burning rate of aluminium heat reaction

The invention discloses an experimental measuring device and a measuring method for the temperature and the burning rate of an aluminum heat reaction, belonging to the technical field of performance testing of energetic materials. The measuring device of the invention, the high temperature reaction mechanism comprises a protective tube, a combustion trough and the stretching rod, protective tubes are arranged at the two ends of the sealing plug, internal combustion groove arranged in the protective tube, one end of the tension bar and combustion slot ends can be detachably connected, the other end passes through the sealing plug into the protection of external gas supply pipe; the mechanism for gas supply required for high temperature reaction mechanism of thermite reaction, the ignition mechanism for ignition for thermite reaction temperature reaction mechanism of powder combustion mechanism is used for data acquisition, data acquisition. The invention to the thermite reaction temperature and burning rate were monitored, and the combustion state visualization, synchronous control and integration with the function of data acquisition experimental operation, improves the accuracy and reliability of experimental results.

【技术实现步骤摘要】
一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法
本专利技术属于含能材料性能测试技术开发领域，更具体地说，涉及一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法。
技术介绍
铝是地球上储存最为丰富的金属元素，被视为一种很有前景的储能和能源转换材料。铝热反应是指金属铝与某些活性比其低的金属氧化物组成的混合物之间的氧化还原反应过程。该燃烧过程中会迅速释放出巨大的化学反应热，使得在金属焊接、含能炸药、微型卫星推进器等领域有潜在的科研价值。当前，国内对于铝热反应的实验研究尚处于起步阶段，大多研究集中在纳米铝热剂的制备方法、结构表征以及热动力学分析等方面，而对铝热剂点火和燃烧性能的研究却鲜有报道，尤其在温度和燃速两大方面。因此，开发出一种研究铝热反应温度与燃速的实验装置及测量方法显得十分必要。中国专利申请号为201020228297.4，申请日为2010年6月18日，专利技术创造名称为：一种测量物质低温低压燃速的装置，该申请案的装置包括密封壳体、控温装置、减压装置、燃速支架、点火装置和燃速测量装置，密封壳体包括钢板耐压层、控温层、隔热层和塑料外壳，密封外壳前面是可以打开的密封门，门中间有一个透明的有机玻璃观察窗口，与燃烧支架水平对应，其中燃烧支架包括铜柱、被测样品、固定支架、绝缘柱和底座，点火装置包括电源、电线、点火开关和V型点火丝。但该申请案仅适用于研究固体推进剂在低温低压环境下的点火性能、燃烧性能及燃烧稳定性等重要参数，而对于呈分散状的粉末颗粒很难实现点火燃烧，另外该装置无法得到测试样燃烧过程中的温度变化，因此其并不适用于铝热反应点火及燃烧性能的研究。又如，申请人于2011年4月29日申请的，申请号为：201110110037.6，名称为：新型实验用点火测温装置的申请案公开了一种仅借助点火丝产生的热量来引燃燃料的点火装置，该点火测温装置包括点火丝、点火电源、点火台，在点火台上设有两个点火孔和两个测温孔，点火台中央上方的支架上放置点火测温筒，点火测温筒上开有小孔并设置有热电偶，热电偶通过导线经过点火台上两个测温孔与测温计连接，点火台测温筒上方放置点火丝，点火丝两端固定在两个外侧套有托架，压簧和紧固旋片的点火柱上，两根点火柱固定在点火台上，并分别通过点火台上的两个点火孔与点火电源连接，点火电源有插头、断电保护器、接触式调压器通过导线连接。该申请案的构造简单，可以用于测量实验室中燃料的点火温度和燃料燃烧的温度，但采用该装置进行实验时燃料的整个燃烧过程均裸露在外界环境中，存在一定的安全隐患，而且燃烧溅射出的实验残渣不易收集。此外，采用该申请案的装置进行温度测量时，其测量结果存在一定的误差，从而影响研究结果，且该装置无法实现燃料燃速的测量。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服目前现有燃烧温度与燃速测量装置不适用于铝热反应点火与燃烧过程的研究，其测量结果存在偏差的不足，提供了一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法。采用本专利技术的装置能够实现对呈分散状铝热反应混合颗粒的点火和燃烧，并结合了实验操作同步控制化和燃烧过程可视化两大优势，从而能够简便、准确、系统地获取铝热反应过程中的温度数据与燃速数据。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，包括气体供应机构、高温反应机构、点火机构和燃烧数据采集机构，其中，所述的气体供应机构用于为高温反应机构供应铝热反应所需的气体，所述的点火机构用于为高温反应机构内的铝热反应粉末点火，所述的高温反应机构包括保护管、燃烧槽和拉伸杆，保护管的两端设有密封塞，燃烧槽置于保护管内部，所述拉伸杆的一端与燃烧槽端部可拆卸连接，其另一端穿过密封塞伸至保护管外部；所述的燃烧数据采集机构包括热电偶、数据采集仪、高速摄像机、相机支架和计算机，所述热电偶的偶头部位插入到燃烧槽的中心位置，其输出端贯穿拉伸杆与数据采集仪的输入端相连；所述高速摄像机位于保护管外部正对燃烧槽放置，该高速摄像机及数据采集仪均与计算机相连。更进一步的，所述的气体供应机构包括高压气罐、质量流量计、流量计控制仪和气体导入管，其中，所述的高压气罐通过输气管路与气体导入管的一端相连，气体导入管的另一端穿过密封塞伸入保护管内部；所述高压气罐与气体导入管之间的输气管路上设有质量流量计，且质量流量计还与流量计控制仪相连。更进一步的，所述的点火机构包括点火柱、加热丝、调压器和断电保护器，所述点火柱固定于燃烧槽的一端，加热丝的两端分别固定于两根点火柱上；所述调压器的输入端接入220V交流电压，调压器的输出端与断电保护器的输入端相连，断电保护器的输出端接有两根金属导线，并贯穿拉伸杆与加热丝的两端相连。更进一步的，所述点火柱的表面均套设有绝缘陶瓷管，绝缘陶瓷管上加工有接线凹槽，两根金属导线分别与所述加热丝的两端缠绕在两个接线凹槽内。更进一步的，所述的燃烧数据采集机构还包括同步控制器，该同步控制器的输出端与断电保护器、高速摄像机及计算机均相连。更进一步的，所述的燃烧槽由不锈钢制成，燃烧槽的长度为100～200mm，宽度为15～30mm，高度为8～16mm，在燃烧槽上表面加工有长度为100～200mm，宽度6～12mm，深度为4～8mm的凹槽，凹槽两侧设有刻度。更进一步的，所述的保护管由透明石英管制成，其长度为30～40cm，厚度为4～5mm，端面内径为10～12cm；所述的密封塞材质为橡皮塞，密封塞上设有6～7mm的通孔用于连接气体导入管；所述的气体导入管由石英材质制成，气体导入管的长度为10～15cm，直径为5～6mm。更进一步的，所述的拉伸杆由刚玉管加工制成，在距离其一端5～6cm的位置处加工有四个呈L型的通孔，通孔贯穿整个拉伸杆，且通孔的孔径为4～5mm。更进一步的，所述的点火柱由M4螺栓加工制成，所述的绝缘陶瓷管为空心圆柱体，该圆柱体长度为4～5mm，直径为4～5mm；所述的加热丝选用镍钴材质，加热丝的直径规格为0.5～1mm，加热丝在引燃处设计为螺旋状；所述的热电偶选用铂铑S型。本专利技术的一种铝热反应温度与燃速的实验测量方法，采用本专利技术的测量装置进行测量，其具体步骤如下：步骤一、铝热剂的布置将制备好的铝热剂颗粒完全填充在燃烧槽的凹槽中，并通过振荡器振荡使铝热剂分布均匀；使拉伸杆与燃烧槽的一端相连，通过推动拉伸杆将燃烧槽推入到保护管的中心位置；步骤二、实验同步控制打开高压气罐上的气阀后，通过计算机开启同步控制器，控制质量流量计先通入设定流量的气体充满整个保护管，再同步打开高速摄像机、数据采集仪和断电保护器；步骤三、燃烧数据采集：通过热电偶采集铝热剂燃烧过程中的温度数据，并将温度数据传输到数据采集器，数据采集器将实时数据传输到计算机，计算机得到不同时刻燃烧温度数据；同时，高速摄像机对保护管内的燃烧过程进行全程录像，燃烧一旦开始，计算机每间隔20ms就会截取一次燃烧图片；燃烧实验结束后，通过计算机控制同步控制器，依次关闭质量流量计、高速摄像机、数据采集仪和断电保护器，然后收集燃烧槽表面的实验残渣；步骤四、实验数据后处理：根据采集到的不同时刻燃烧温度数据，计算机自动处理得到整个燃烧过程中温度随时间变化曲线；同时燃烧开始后，计算机每间隔20ms截取一次燃烧图片，将所截取的图片上火焰传播本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：包括气体供应机构、高温反应机构、点火机构和燃烧数据采集机构，其中，所述的气体供应机构用于为高温反应机构供应铝热反应所需的气体，所述的点火机构用于为高温反应机构内的铝热反应粉末点火，所述的高温反应机构包括保护管(6)、燃烧槽(8)和拉伸杆(9)，保护管(6)的两端设有密封塞(5)，燃烧槽(8)置于保护管(6)内部，所述拉伸杆(9)的一端与燃烧槽(8)端部可拆卸连接，其另一端穿过密封塞(5)伸至保护管(6)外部；所述的燃烧数据采集机构包括热电偶(17)、数据采集仪(19)、高速摄像机(20)、相机支架(21)和计算机(22)，所述热电偶(17)的偶头部位插入到燃烧槽(8)的中心位置，其输出端贯穿拉伸杆(9)与数据采集仪(19)的输入端相连；所述高速摄像机(20)位于保护管(6)外部正对燃烧槽(8)放置，该高速摄像机(20)及数据采集仪(19)均与计算机(22)相连。

【技术特征摘要】
1.一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：包括气体供应机构、高温反应机构、点火机构和燃烧数据采集机构，其中，所述的气体供应机构用于为高温反应机构供应铝热反应所需的气体，所述的点火机构用于为高温反应机构内的铝热反应粉末点火，所述的高温反应机构包括保护管(6)、燃烧槽(8)和拉伸杆(9)，保护管(6)的两端设有密封塞(5)，燃烧槽(8)置于保护管(6)内部，所述拉伸杆(9)的一端与燃烧槽(8)端部可拆卸连接，其另一端穿过密封塞(5)伸至保护管(6)外部；所述的燃烧数据采集机构包括热电偶(17)、数据采集仪(19)、高速摄像机(20)、相机支架(21)和计算机(22)，所述热电偶(17)的偶头部位插入到燃烧槽(8)的中心位置，其输出端贯穿拉伸杆(9)与数据采集仪(19)的输入端相连；所述高速摄像机(20)位于保护管(6)外部正对燃烧槽(8)放置，该高速摄像机(20)及数据采集仪(19)均与计算机(22)相连。2.根据权利要求1所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的气体供应机构包括高压气罐(1)、质量流量计(2)、流量计控制仪(3)和气体导入管(4)，其中，所述的高压气罐(1)通过输气管路与气体导入管(4)的一端相连，气体导入管(4)的另一端穿过密封塞(5)伸入保护管(6)内部；所述高压气罐(1)与气体导入管(4)之间的输气管路上设有质量流量计(2)，且质量流量计(2)还与流量计控制仪(3)相连。3.根据权利要求2所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的点火机构包括点火柱(10)、加热丝(13)、调压器(15)和断电保护器(16)，所述点火柱(10)固定于燃烧槽(8)的一端，加热丝(13)的两端分别固定于两根点火柱(10)上；所述调压器(15)的输入端接入220V交流电压，调压器(15)的输出端与断电保护器(16)的输入端相连，断电保护器(16)的输出端接有两根金属导线(14)，并贯穿拉伸杆(9)与加热丝(13)的两端相连。4.根据权利要求3所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述点火柱(10)的表面均套设有绝缘陶瓷管(11)，绝缘陶瓷管(11)上加工有接线凹槽(12)，两根金属导线(14)分别与所述加热丝(13)的两端缠绕在两个接线凹槽(12)内。5.根据权利要求3所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的燃烧数据采集机构还包括同步控制器(23)，该同步控制器(23)的输出端与断电保护器(16)、高速摄像机(20)、质量流量计(2)及计算机(22)均相连。6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的燃烧槽(8)由不锈钢制成，燃烧槽(8)的长度为100～200mm，宽度为15～30mm，高度为8～16mm，在燃烧槽(8)上表面加工有长度为100～200mm，宽度6～12mm，深度为4～8mm的凹槽，凹槽两侧设有刻度。7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙运兰，李凡，朱宝忠，孙华健，王启昌，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34