用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，包括内、外反应器，外反应器的侧壁上设有用于插装侧孔热电偶、引燃剂喷管和电热丝点火器的侧孔，外反应器的底板插装有底孔热电偶和与外接电动机连接的转轴；外反应器的内部空间中固定有装配平台，装配平台上设有径向分布的多个内反应器，引燃剂喷管和电热丝点火器插入内反应器的内部空间；转轴带动外反应器转动，内反应器随外反应器转动，内反应器离心运动的角速度和角加速度由转轴控制，内反应器的回转半径由内反应器在装配平台上的装配位置决定。本发明专利技术能够快速有效的模拟出离心旋转的运动状态，避免了外界环境的影响，减少对流，有稳定的点火燃烧系统，有效观测火焰形态和特点。

Solid combustion reactor for flame observation in centrifugal rotating state

【技术实现步骤摘要】
用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器
本专利技术属于只用固体燃料的燃烧方法或设备领域，涉及一种具有推动燃料通过燃烧室的驱动装置的燃烧设备，特别涉及一种带有可移动的燃料支撑面，具有可移动组件的燃料支撑面的燃烧设备。
技术介绍
固体燃烧是燃烧学、化学、能源与动力科学及上述科学技术的技术应用所涉及的重要研究领域之一。煤是当前固体燃烧研究方向最常见的的固体燃料之一，除此之外还有木材、油页岩等天然固体燃料及木炭、固体酒精、固体火箭燃料等加工而成的固体燃料。其中，固体火箭燃料是重要的前沿研究课题之一。火箭燃料分为固体燃料和液体燃料两类。火箭固体燃料具有准备时间短、化学性质稳定、储存周期长、易于搬迁等优势。对于火箭固体燃料，氧化剂和燃料预先混合并加工成柱状固体，发射时直接点燃柱状固体即可。目前，我国已有部分型号火箭开始使用固体燃料进行推进。固体燃料燃烧是一个相对比较复杂的过程，伴随着燃料的燃烧过程，燃料发生气化、升华等物理现象(如六次甲基四胺，燃烧过程中发生升华)，同时发生热解、氧化等复杂的化学变化，燃烧体系从单一均相体系转化为复杂的非均相反应，气-液反应，气-固反应混杂。这导致针对固体燃料燃烧和火焰的研究面临较大的困难，尤其是设计低重力、离心力、弱浮力等特殊状态下的固体火焰。针对上述问题，现阶段的研究已经提出了部分效果较好的实验装置，随研究重点的不同，实验装备的侧重点也有所不同。火焰形态(包括火焰亮度、形状等等)是燃烧研究最重要的研究重点之一，侧重于火焰形态观测的反应器需要考虑到火焰形态的稳定，避免外界因素的影响。目前，用于固体燃料火焰形态观测的反应器基本是自设计的，我国科研机构自主设计的低重力下典型固体燃料火焰特征观测用反应舱和用于火焰特征观测和烟气成分测定的立方反应室以及用于微重力和弱浮力环境下火焰传播探测的圆柱实验舱是比较具有代表性的反应器。上述两种反应舱均指向于火箭、载人航天器等低重力条件下的固体燃料燃烧研究。但是，针对离心力场影响、离心旋转状态下的固体燃料燃烧，目前还缺少行之有效的观测设备，而心力场和离心旋转影响下的固体燃料燃烧是火箭、载人航天器动力研究不可规避的问题。
技术实现思路
就当前固体燃烧和火焰研究的需要，有必要设计一套新实验装置，这套装置需要能够快速有效的模拟出离心旋转的运动状态，同时需要实现封闭化，避免外界环境的影响，尽量减少对流，有稳定的点火燃烧系统，能够有效观测火焰形态和特点。针对现有技术，本专利技术提出一种用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，包括反应器和观测系统。它能够有效模拟出不同转速的离心旋转的运动状态，并实现封闭化的实验环境，有效观测固体燃烧火焰，丰富离心转动状态下火焰形态的数据。本装置安全可靠，便于拆装检修。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，包括外反应器和内反应器；所述外反应器包括外反应器底座和外反应器盖，所述外反应器底座与外反应器盖之间设有环形钢化玻璃，所述外反应器盖、环形钢化玻璃和外反应器底座围成的空间为外反应器的内部空间；所述外反应器底座的内壁为圆柱内表面；所述外反应器底座的上部侧壁上设有2个同轴的外反应器侧孔，所述外反应器底座的底板设有中心螺纹孔，所述中心螺纹孔内装配有转轴，所述转轴外接电动机；所述外反应器的内部空间中焊接有装配平台支架，所述装配平台支架的高度低于所述外反应器侧孔的位置，所述装配平台支架上固定有装配平台，所述装配平台上设有多个方形装配孔，多个方形装配孔的定位点按照等距分布在两条十字相交线上，十字相交线的交点与装配平台的中心点重合；所述方形装配孔用于安装内反应器；所述内反应器的顶部为半球状壳体、下部为与半球状壳体连通的圆柱壳体，由贯通的半球状壳体和圆柱壳体构成了内反应器的内部空间；所述内反应器的底部为与所述方形装配孔配合的四棱柱；所述圆柱壳体的侧壁上设有4个内反应器侧孔，4个内反应器侧孔按照周向上均布；一个外反应器侧孔中插装有侧孔热电偶和引燃剂喷管，用于检测内反应器附近温度和喷射引燃气体，另一个外反应器侧孔中插装有另一个侧孔热电偶和电热丝点火器，所述引燃剂喷管和电热丝点火器通过内反应器侧孔插入内反应器的内部空间；所述外反应器底座的底板上在同一圆周上均匀的设有4个底板通孔，其中2个底板通孔分别插装有底孔热电偶，用于内反应器附近的空气温度；与所述外反应器底板上的中心螺纹孔配合的转轴在电动机的带动下转动，所述转轴带动外反应器转动，所述内反应器随装配平台转动，所述内反应器离心运动的角速度和角加速度由所述转轴控制，所述内反应器的回转半径由内反应器在装配平台上的装配位置决定。进一步讲，本专利技术所述的用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，其中，所述外反应器底座的上端和反应器盖的下端均设有卡槽，所述环形钢化玻璃卡在卡槽中，所述环形钢化玻璃与卡槽之间设有密封垫。所述外反应器底座的底板上的另两个底面通孔用于检测烟气成分。所述侧孔热电偶、底孔热电偶、电热丝点火器和引燃剂喷管的尾部均装有螺塞，螺塞套装有橡胶管，以确保装配侧孔热电偶、底孔热电偶、电热丝点火器和引燃剂喷管后整体不漏气。所述侧孔热电偶和底孔热电偶所涉及的电路和所述外反应器一起转动，且不会产生线路相绞。所述外反应器盖和外反应器底座采用钢材制成。所述内反应器采用钢化玻璃制成。所述外反应器盖的顶面为上隆的球面。所述内反应器的回转轴线与所述外反应器底板上的中心螺纹孔的轴线平行。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所设计的用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，可通过外反应器转速和内反应器位置相配合的手段相对便利地实现不同转速和不同回转半径的离心旋转状态模拟，丰富不同离心运动状态下的照片数据；本专利技术采用环形钢化玻璃观测窗、钢化玻璃制内反应器以实现360°视角的火焰形态观测，可根据实验需要设置高速摄像机机位和数量；本专利技术所设计的封闭式结构结合侧孔点火系统，有利于避免外部环境因素的影响，同时减少内部流场的影响，避免点火过程中的对流；本专利技术采用侧孔、底孔配合热电偶排布，可实现火焰温度的准确测量；本专利技术整体易于维修维护，可以有效实现离心旋转状态下固体燃料燃烧火焰形态观测和火焰温度测量的整体流程。附图说明图1是本专利技术固体燃烧反应器整体结构的剖视图；图2是图1中A处的局部放大图；图3是本专利技术固体燃烧反应器整体结构外形的立体图；图4是本专利技术固体燃烧反应器整体结构的主视图；图5是图4所示固体燃烧反应器整体结构的俯视图，该图中未画出电热丝点火器12和引燃剂喷管16；图6是图1中所示内反应器的立体图。图中：1-外反应器盖2-环形钢化玻璃3-外反应器侧孔4-外反应器底座5-装配平台支架6-装配平台7-外反应器的内部空间8-中心螺纹孔9-底板通孔10-底孔热电偶11-侧孔热电偶12-电热丝点火器13-内反应器14-内反应器侧孔15-方形装配孔<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，包括外反应器和内反应器，其特征在于，/n所述外反应器包括外反应器底座(4)和外反应器盖(1)，所述外反应器底座(4)与外反应器盖(1)之间设有环形钢化玻璃(2)，所述外反应器盖(1)、环形钢化玻璃(2)和外反应器底座(4)围成的空间为外反应器的内部空间(7)；所述外反应器底座(4)的内壁为圆柱内表面；所述外反应器底座(4)的上部侧壁上设有2个同轴的外反应器侧孔(3)，所述外反应器底座(4)的底板设有中心螺纹孔(8)，所述中心螺纹孔(8)内装配有转轴，所述转轴外接电动机；所述外反应器的内部空间(7)中焊接有装配平台支架(5)，所述装配平台支架(5)的高度低于所述外反应器侧孔(3)的位置，所述装配平台支架(5)上固定有装配平台(6)，所述装配平台(6)上设有多个方形装配孔(15)，多个方形装配孔(15)的定位点按照等距分布在两条十字相交线上，十字相交线的交点与装配平台(6)的中心点重合；所述方形装配孔(15)用于安装内反应器(13)；/n所述内反应器(13)的顶部为半球状壳体、下部为与半球状壳体连通的圆柱壳体，由贯通的半球状壳体和圆柱壳体构成了内反应器的内部空间；所述内反应器(13)的底部为与所述方形装配孔(15)配合的四棱柱；所述圆柱壳体的侧壁上设有4个内反应器侧孔(14)，4个内反应器侧孔按照周向上均布；/n一个外反应器侧孔(3)中插装有侧孔热电偶(11)和引燃剂喷管(16)，用于检测内反应器(13)附近温度和喷射引燃气体，另一个外反应器侧孔(3)中插装有另一个侧孔热电偶和电热丝点火器(12)，所述引燃剂喷管(16)和电热丝点火器(12)通过内反应器侧孔(14)插入内反应器(13)的内部空间；/n所述外反应器底座(4)的底板上在同一圆周上均匀的设有4个底板通孔(9)，其中2个底板通孔(9)分别插装有底孔热电偶(10)，用于检测内反应器(13)附近的空气温度；/n与所述外反应器底板上的中心螺纹孔配合的转轴(8)在电动机的带动下转动，所述转轴带动外反应器转动，所述内反应器(13)随装配平台(6)转动，所述内反应器(13)离心运动的角速度和角加速度由所述转轴(8)控制，所述内反应器(13)的回转半径由内反应器(13)在装配平台(6)上的装配位置决定。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于离心旋转状态下火焰观测的固体燃烧反应器，包括外反应器和内反应器，其特征在于，
所述外反应器包括外反应器底座(4)和外反应器盖(1)，所述外反应器底座(4)与外反应器盖(1)之间设有环形钢化玻璃(2)，所述外反应器盖(1)、环形钢化玻璃(2)和外反应器底座(4)围成的空间为外反应器的内部空间(7)；所述外反应器底座(4)的内壁为圆柱内表面；所述外反应器底座(4)的上部侧壁上设有2个同轴的外反应器侧孔(3)，所述外反应器底座(4)的底板设有中心螺纹孔(8)，所述中心螺纹孔(8)内装配有转轴，所述转轴外接电动机；所述外反应器的内部空间(7)中焊接有装配平台支架(5)，所述装配平台支架(5)的高度低于所述外反应器侧孔(3)的位置，所述装配平台支架(5)上固定有装配平台(6)，所述装配平台(6)上设有多个方形装配孔(15)，多个方形装配孔(15)的定位点按照等距分布在两条十字相交线上，十字相交线的交点与装配平台(6)的中心点重合；所述方形装配孔(15)用于安装内反应器(13)；
所述内反应器(13)的顶部为半球状壳体、下部为与半球状壳体连通的圆柱壳体，由贯通的半球状壳体和圆柱壳体构成了内反应器的内部空间；所述内反应器(13)的底部为与所述方形装配孔(15)配合的四棱柱；所述圆柱壳体的侧壁上设有4个内反应器侧孔(14)，4个内反应器侧孔按照周向上均布；
一个外反应器侧孔(3)中插装有侧孔热电偶(11)和引燃剂喷管(16)，用于检测内反应器(13)附近温度和喷射引燃气体，另一个外反应器侧孔(3)中插装有另一个侧孔热电偶和电热丝点火器(12)，所述引燃剂喷管(16)和电热丝点火器(12)通过内反应器侧孔(14)插入内反应器(13)的内部空间；
所述外反应器底座(4)的底板上在同一圆周上均匀的设有4个底板通孔(9)，其中2个底板通孔(9)分别插装有底孔热电偶(10)，用于检测内反应器(13)附近的空气温度；
与所述外反应器底板上的中心螺纹孔配合的转轴(8)在电动机的带动下转动，所述转轴带动外反应器转动，所述内...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泳迪，夏然，宋金瓯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12