一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，属于固体燃料颗粒着火、燃烧和气化等反应动力学特性研究的领域。该系统通过在压力容器上开设光学视窗，并采取配有双层方形石英管的平面火焰燃烧器作为热源，可实现在高温高压环境下对固体燃料颗粒反应过程的可视化监测。通过连续激光与高速摄像的配合，可以对颗粒从冷态加热到热态着火发光到反应殆尽的整个过程的细观形貌及亮度演变进行连续在线观测，有利于后续通过数据处理得到着火延迟时间、着火温度、颗粒温度变化和颗粒反应速率等特性参数。

A Visual Experimental System for Pressurized Discrete Particle Reaction Dynamics

【技术实现步骤摘要】
一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统
本专利技术属于固体燃料颗粒的着火、燃烧和气化等反应动力学特性研究领域，涉及一种可视化的加压实验系统，更具体地，涉及一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统。
技术介绍
微米、纳米粉体燃料的着火、燃烧和气化等反应动力学特性，对于燃烧装置的设计具有重要的参考意义。在实际应用中，粉体反应往往处在比较极端的高温高压环境中，这些环境是目前大多数实验室设备难以达到的。因此，亟需一种可以模拟燃料颗粒在极端的高温高压环境下着火燃烧，并能对其过程进行准确有效的监测的实验系统。目前已有多种不同类型的加压实验系统，如加压热重分析仪、加压滴管炉、加压固定床和加压平面火焰携带流式反应器等，但这些系统均存在局限性：加压热重只能研究静止状态下的颗粒燃烧，且加热温度低(一般低于1273K)，加热速率慢(3-200K/min)；加压滴管炉可达到高温高压的环境，但其加热速率最高只能达到103-104K/s；加压固定床反应物多为大颗粒或堆积粉层，且温度一般也在723-1273K之间，与实际应用有较大差距。加压平面火焰携带流式反应器利用燃气燃烧产生的高温烟气加热颗粒，其温度可达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，包括：加压反应单元(1)和光学测量单元(2)；加压反应单元(1)包括压力容器(5)、保温套(11)、平面火焰燃烧器(6)、内层方形石英管(7)、外层方形石英管(10)、点火电热塞(8)；压力容器(5)的上端和下端分别用上法兰盘和下法兰盘密封；保温套(11)设于压力容器(5)内壁；平面火焰燃烧器(6)从下法兰盘穿入压力容器(5)内部；外层方形石英管(10)套在平面火焰燃烧器(6)的外部且下端置于下法兰盘上；内层方形石英管(7)位于外层方形石英管(10)内部且下端置于平面火焰燃烧器(6)的上表面上，并可随平面火焰燃烧器(6)一起上下移动；...

【技术特征摘要】
1.一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，包括：加压反应单元(1)和光学测量单元(2)；加压反应单元(1)包括压力容器(5)、保温套(11)、平面火焰燃烧器(6)、内层方形石英管(7)、外层方形石英管(10)、点火电热塞(8)；压力容器(5)的上端和下端分别用上法兰盘和下法兰盘密封；保温套(11)设于压力容器(5)内壁；平面火焰燃烧器(6)从下法兰盘穿入压力容器(5)内部；外层方形石英管(10)套在平面火焰燃烧器(6)的外部且下端置于下法兰盘上；内层方形石英管(7)位于外层方形石英管(10)内部且下端置于平面火焰燃烧器(6)的上表面上，并可随平面火焰燃烧器(6)一起上下移动；压力容器(5)上设置有光学视窗(13)、点火电热塞(8)、观火口(16)和补气气路接口(12)，四个光学视窗(13)沿压力容器(5)侧壁周向均匀分布，且正对内层方形石英管(7)；点火电热塞(8)置于外层方形石英管(10)顶端，观火口(16)与点火电热塞(8)处于相同高度，以便观察点火情况；光学测量单元(2)包括正交布置的连续激光片光(25)和高速摄像机(24)，连续激光片光(25)和高速摄像机(24)的光路分别通过两个相对的光学视窗(13)。2.如权利要求1所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，还包括加压烟气处理单元(4)和加压供气给粉单元(3)；加压烟气处理单元(4)包括依次通过管路相连接的取样枪(9)、颗粒过滤器(38)、冷凝罐(40)、背压阀(41)以及烟气分析仪(42)；取样枪(9)从上法兰盘插入压力容器(5)内部，且其下端置于内层石英管(7)的上端；取样枪(9)中心设有可拆卸的S型中心测温热电偶，使用时，S型中心测温热电偶从取样枪(9)下端部伸出并可上下移动，以得到不同高度的中心气温；加压供气给粉单元(3)用于平面火焰燃烧器(6)给粉及供气、取样枪(9)冷却气供气以及压力容器(5)补气供气。3.如权利要求1或2所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，加压供气给粉单元(3)包括一氧化碳供给装置(26)、氢气供给装置(27)、氧气供给装置(28)、二氧化碳供给装置(29)、惰性气体供给装置(30)以及加压给粉器(35)；优选地，惰性气体可以为氮气或氩气；一氧化碳供给装置(26)和氢气供给装置(27)的气路汇聚后组成燃料气路(31)，通入平面火焰燃烧器(6)，一氧化碳和氢气也可替换成甲烷、乙烯等可燃性气体；惰性气体供给装置(30)的气路分为三路：第一路作为补气气路(37)连接补气气路接口(12)，用于压力容器(5)内部环境补气；第二路与氧气供给装置(28)和二氧化碳供给装置(29)的气路汇合后组成氧化气路(32)，通入平面火焰燃烧器(6)；第三路分为携带气路(33)及流化气路(34)两条支路，分别通入加压给粉器(35)中，以携带燃料颗粒进入给粉气路(...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗晶，陈前云，王昱升，张泰，柳朝晖，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42