一种单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，具体地说是一种用于测试微纳单颗粒燃烧性能并通过多种观测手段记录其燃烧现象的装置。该装置用于微粒燃烧性能及表征的测试，包括其在多种不同气氛、不同压力的情况下的燃烧情况，并通过高速微距摄影及红外摄影记录其燃烧现象。微纳单颗粒类悬浮激光点火红外测温高速摄影成像的测试装置，包括脉冲激光点火器、密闭腔体和颗粒支架等部分组成，激光点火器光纤通过支架固定，与颗粒支架上的金属颗粒接触，通过激光脉冲引燃金属颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置说明书单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置
本专利技术涉及一种微纳单颗粒类悬浮激光点火红外测温高速摄影成像测试装置，属于军用含能材料领域
技术介绍
微纳金属颗粒作为高能燃料广泛应用于火炸药,其氧化还原反应所释放的大量热已成为提高弹药毁伤威力的重要途径之一。在火炸药领域研究发现,将金属颗粒颗粒化,利用纳米材料的表面效应,能大幅提高金属粉的化学反应活性,并将得到许多更优异的性能；然而由于混合炸药爆轰过程的复杂性，研究混合炸药中单个金属颗粒的加热响应特性和燃烧行为时缺乏直观而有效的研究手段。本专利技术使用能量可控的半导体激光直接辐照金属颗粒表面点燃金属颗粒，独立地研究单个金属颗粒在快速加热情况下的响应行为，进而建立单个金属颗粒的燃烧模型，提出可行的金属颗粒表面改性措施。相比较于现有的颗粒群体燃烧响应特性测试，单颗粒燃烧测试装置便于更好地观察单个颗粒的燃烧行为；在能量输入手段上，相比较于直接火烧及电加热，半导体激光辐照能量输入较为精确，更利于后续单金属颗粒燃烧模型的建立；在观测手段上，本专利技术使用快门时间远小于金属颗粒燃烧响应时间的高速摄影仪记录实验现象，并使用红外成像仪同步记录金属颗粒燃烧过程的温度，这相比于燃烧炉内加热和热电偶测温更为直观和精确。专利技术目的本专利技术的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本专利技术而学习。本专利技术提供一种单颗粒可燃剂类悬浮激光点火红外测温/高速摄影成像燃烧测试装置，包括：耐压密闭腔体，其上开有两个观察窗，其中一个观察窗为红外观察窗，并设有充气阀和减压阀，内部有供颗粒支架安装的螺纹孔；颗粒支架，通过螺纹孔与密闭腔体链接，底部有供光纤深入的支持结构；半导体激光器，激光器引出光纤通过密闭孔洞深入腔体中，并固定于颗粒支架上，且末端对准支架上的金属颗粒；高速摄影仪，通过观察窗对准金属颗粒位置并与记录用电脑连接；红外成像仪，通过红外观察窗对准金属颗粒位置并与记录用电脑连接；可选地，还包括固定装置，将密闭腔体、高速摄影仪及红外成像仪固定于同一水平面内，并可进行一定程度上的调节；可选地，密闭容器的形状不做限制，以具体加工条件和不影响观测为准；可选地，密闭容器的容积可在5-20ml，在加工条件可及且不影响正常实验操作的范围内尽可能取小；附图说明图1是本专利技术一种实施例的示意图。密闭腔体结构上开有三个观察窗，其中一个为红外线观察窗口，其余两个为普通窗口，可用于从不同角度观察燃烧现象；底部端盖用螺纹结构与上半部分形成密闭腔体，端盖上开有通过光纤的小孔；端盖上有颗粒平台和光纤支架，光纤头与颗粒接触，激光点火器打开后可点燃颗粒。具体实施方案为了使本专利技术的目的和技术方案及更加清楚明白，下面结合实施例对本专利技术做详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定于本专利技术。实施例如图1所示装置，是本专利技术的一种实施例；腔体结构上开有三个观察窗，其中一个为红外线观察窗口，其余两个为普通窗口，可用于从不同角度观察燃烧现象；底部端盖用螺纹结构与上半部分形成密闭腔体，端盖上开有通过光纤的小孔；端盖上有颗粒平台和光纤支架，光纤头与颗粒接触，激光点火器打开后可点燃颗粒。(1)在颗粒支架上放置粒径为300-1000μm的镁颗粒样品；(2)支架放入腔体内并关闭腔体，在腔体内充满3Mpa左右的纯氧氛围；(3)打开半导体激光器，使激光光点辐照在样品上，同时使用高速摄影仪和红外成像仪记录实验过程；(4)试验结束后打开减压阀，待密闭腔体内压力与外界大气压持平后打开腔体，收集反应产物。单次实验结束后，对实验数据进行整理记录，并对反应产物进行成分分析。由于红外摄影采样频率较小，需进行多次实验以逼近真实反应温度。结合实时高速摄影结果，观察到以下现象：(1)当激光照射镁粒子0.144s时，与激光接触的镁粒子端面产生亮点；持续加热至0.412s时，由于镁粒子温度逐渐升高，粒子表面失去金属光泽并出现红热现象，持续加热红热现象愈专利技术显，在0.422s时，镁粒子表面形成局部火焰，至此认为点火阶段结束。当激光照射时间为0.144s和0.412s时，镁颗中心温度分别为533.01K和721.71K，通过高速摄影图片观察到的点火延迟时间为0.420s，此时镁粒子的点火温度为953.55K。(2)0.420s后时镁颗粒剧烈膨胀燃烧并产生刺眼白光，燃烧时间持续500ms，颗粒中心温度为1079.96K；(3)镁颗粒燃烧后留下白色产物，成分分析结果为氧化镁。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，由激光点火器、密闭腔体和颗粒支架组成，并配有高速摄影仪和红外测温仪。

【技术特征摘要】
1.一种单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，由激光点火器、密闭腔体和颗粒支架组成，并配有高速摄影仪和红外测温仪。2.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：激光点火器为半导体激光器。3.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：密闭腔体壁上留有供颗粒支架和激光点火器光纤穿入的孔洞，并采用密封手段(密封胶、橡胶密封圈等)密封，以保证其气密性。4.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：密闭腔体上开有两个观察窗，用于高速摄影仪和红外测温仪的观测及记录。5.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：密闭腔体上的开孔及观察窗的位置不唯一，以不影响颗粒点火及高速摄影仪和红外测温仪的观测为准。6.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：密闭腔体形状不做限制，以不影响颗粒点火及高速摄影仪和红外测温仪的观测为准。7.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：密闭腔体容积在5～20ml左右，理论上并不限制腔体的容积，在不影响颗粒点火及高速摄影仪和红外测温仪的观测的情况下做到越小越好。8.如权利要求1中所述单颗粒激光点火红外测温高速摄影成像燃烧测试装置，其特征在于：颗粒支架用于放置颗粒，可放置颗粒粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫石，吴亚琛，焦清介，张金龙，任慧，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11