燃烧气氛可调燃烧器及实验方法技术

本发明专利技术一种燃烧气氛可调燃烧器及实验方法，属于燃料燃烧技术领域；包括燃烧室以及液体燃料进样机构、粉末燃料进样机构、粉末分散机构、块状燃料升降台、水蒸气生成装置；通过三种进料机构实现三种不同状态的燃料燃烧实验，粉末燃料进样机构内的粉末分散机构，使得硼粒子能够疏散开，并减小硼粒子的降落速度，降低空气来流对硼粒子点火和燃烧过程的影响，使得硼粒子能够在相对分散状态下实现可靠点火。通过水蒸气生成装置提供水蒸气气氛，配合湿度传感器对燃烧器内水蒸气浓度进行实时监测，可实现对燃烧器内水蒸气浓度的定量调控。燃烧器与氮气、氧气、氩气等高压气源相连，配合压强传感器的实时监测，实现燃烧器内多种气氛浓度和压强可调的目的。强可调的目的。强可调的目的。

【技术实现步骤摘要】
燃烧气氛可调燃烧器及实验方法


[0001]本专利技术属于燃料燃烧
，具体涉及一种燃烧气氛可调燃烧器及实验方法，能够实现液体燃料、粉末燃料和块状燃料可靠进样，并能够在高压复杂气氛下点火燃烧的燃烧器。

技术介绍

[0002]固体推进剂是固体火箭发动机的能量源和工质源，为了提高固体推进剂的能量，常在固体推进剂中添加硼粉、镁粉、铝粉等金属粉末，不仅可提高推进剂的比冲和密度，还可抑制推进剂的不稳定燃烧。然而这些金属粉末点火燃烧性能差，难以实现金属粉末在推进剂中高效燃烧，因此需要深入地研究金属粉末的点火燃烧特性。同时，开展固体推进剂中黏合剂、氧化剂等其他组分的点火燃烧特性研究对推进剂配方的优化设计具有重要的指导意义。此外，航空煤油、高密度烃、煤粉等燃料的点火燃烧机理研究也可为能源的合理利用提供理论依据。
[0003]目前燃料点火方式有电弧点火法、激波管法、热点火丝法和激光点火法等。其中激光点火法是一种采用高能激光束将燃料引燃的点火方式，由于具有输出能量较高且可调、点火时间可控制、抗干扰能力强等优点而得到广泛应用。
[0004]专利技术专利CN110514780A公布了“一种激光点火测量气体最小点火能系统及使用方法”，该装置包括爆炸容器、制冷箱、气相色谱仪、气瓶、激光点火系统、真空泵和数据采集器等部件，所述激光点火系统中的点火装置为连续激光发生器，能够连续调节点火能量、控制点火时间和调节点火位置，从而精确地测定气体的最小点火能量。然而该专利技术只能用于对气体燃料的研究，使用范围较小。
[0005]专利技术专利CN110849471A中公布了“一种具有功率测量功能的激光点火试验台及测量方法”，该装置包括激光器、燃烧室、第一支撑板、支撑腿、激光功率计、螺钉、试件、透镜等，其中激光功率计测得了经过透镜后的激光功率，使得作用在实验样品的实际激光功率可知，达到了精准研究激光点火实验的目的。然而该试验台只能提供常压下的单一点火氛围，无法满足在多种气氛条件下研究燃料粉末点火特性的要求。
[0006]专利技术专利CN110333317A中公布了“一种硼粒子激光点火燃烧实验装置及实验方法”，该装置主要由燃烧室主体、石英玻璃观察窗口及压螺、激光入射窗口及压螺、进气口和排气口、密封电极、燃烧器顶板和底板、进药机构、激光挡块、石英玻璃、锗玻璃等组成，该专利技术采用自动进药装置使硼粒子从进药漏斗中降落后经过激光束而被点燃，相对于普遍存在的硼粒子在静态堆积状态下被点燃的静态点火方式，硼粒子可在相对分散状态下实现可靠点火，然而在实验过程中发现硼粒子在降落过程中存在结团现象，导致硼粒子团内部粒子无法与外界气氛充分接触，使得硼粒子的点火效果变差。此外，该装置无法实现燃烧气氛中水蒸气浓度的调节，不利于对硼粒子的点火和燃烧特性进行更全面、更深入的研究。

技术实现思路

[0007]要解决的技术问题：
[0008]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种燃烧气氛可调燃烧器及实验方法，可实现粉末燃料、液体燃料和块状燃料可靠进样和在高压复杂气氛下点火燃烧的燃烧器，解决现有技术中存在的燃料适用范围不广、气氛单一等问题。针对粉末燃料，本专利技术采用外部电源控制电磁铁的自动进样方式；针对块状燃料，本专利技术采用实验前放入的手动进样方式；针对液体燃料，本专利技术采用外部高压气源挤入的进样方式。完成进样后，燃料在高能激光束的加热作用下被点燃。为了改善粉末燃料的点火效果，在燃烧器内部设计粉末分散装置，使得粉末燃料在下降过程中得到充分疏散。在燃烧器侧壁设计的观察窗口可对接高速摄影仪、光谱仪等光学仪器以对燃料的点火和燃烧过程进行观测。此外，在燃烧器内腔底部设计有水蒸气生成装置，同时可通过进气口冲入氮气、氧气、氩气等高压气体，配合湿度传感器和压强传感器可实现燃烧器内腔燃烧氛围和压强的定量调节。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种燃烧气氛可调燃烧器，其特征在于：包括燃烧室、液体燃料进样机构、粉末燃料进样机构、粉末分散机构、块状燃料升降台、水蒸气生成装置、石英玻璃观察窗、激光入射窗、激光挡块窗、密封电极、压强传感器接口和湿度传感器接口；所述燃烧室为中空的长方体结构，其中一对相对侧壁上各设置一个石英玻璃观察窗，另一对相对侧壁上分别设置有激光入射窗和激光挡块窗；所述压强传感器接口和湿度传感器接口均设置于燃烧室的侧壁上；
[0010]所述液体燃料进样机构同轴设置于燃烧室的顶部，包括液体燃料盛样器和单向阀，所述液体燃料盛样器上端通过螺纹与高压气源相连，下端通过螺纹与单向阀连接；所述单向阀通过设置于燃烧室的顶部的进料口与燃烧室内连通，实现液体燃料的进样；
[0011]所述粉末燃料进样机构包括盛样漏斗、转动挡板、漏斗支架、销钉、电磁铁、电磁铁支架；所述盛样漏斗通过漏斗支架固定于燃烧室顶部进料口的正下方，所述转动挡板通过销钉与漏斗支架铰接，位于盛样漏斗的下端口处；所述电磁铁通过电磁铁支架固定于转动挡板的一侧，通过电磁铁中弹簧的水平方向压力，使转动挡板紧贴盛样漏斗的下端口；
[0012]所述粉末分散机构包括阻尼玻璃、方形漏斗、钢架、环形支架；所述钢架为长方体框架结构，同轴固定于燃烧室的内底面；多个阻尼玻璃交错并向下倾斜固定于钢架相对两侧的内壁上，形成硼粒子在下落时的障碍，通过对下落硼粒子施加阻力，保证硼粒子能够疏散开；所述方形漏斗和环形支架分别同轴固定于钢架内的中部和下部、并位于阻尼玻璃的下方；
[0013]所述块状燃料升降台包括升降台和固定环，所述升降台为T形结构，其上端平板用于放置块状燃料，下端圆柱的外周面设置有外螺纹；所述固定环为开有内螺纹的圆环；所述升降台通过螺纹安装于固定环上，并通过旋转实现沿轴向的上下位移；所述固定环同轴安装于粉末分散机构的环形支架上；
[0014]所述水蒸气生成装置包括加热圈、水槽和绝缘垫槽，所述水槽通过绝缘垫槽同轴安装于燃烧室的内底面，并位于所述钢架内，所述加热圈紧贴水槽外壁；所述加热圈通过设置于燃烧室侧壁的密封电极与外部旋钮温控器相连。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述燃烧室包括燃烧器顶板、燃烧器主体和燃烧器底板，所述燃烧器主体包括燃烧器主体上面板、燃烧器主体侧面板、燃烧器主体下面板；四
个所述燃烧器主体侧面板围城两端开口的方筒，其上端口的内周面设置有环形结构的燃烧器主体上面板，通过O型圈与所述燃烧器顶板密封连接；方筒下端口的外周面设置有环形结构的燃烧器主体下面板，通过O型圈与所述燃烧器底板密封连接；所述燃烧器主体侧面板上开有燃烧器进/排气口。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述燃烧器顶板中心处开有通孔，并在通孔外端面同轴固定有公螺纹接头，所述公螺纹接头通过螺纹与所述液体燃料进样机构同轴连接。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：所述阻尼玻璃的数量为三个。
[0018]本专利技术的进一步技术方案是：两个所述石英玻璃观察窗相对设置，均包括石英玻璃观察窗口、石英玻璃和石英玻璃观察窗口压螺，通过所述石英玻璃观察窗口压螺将石英玻璃压紧安装于石英玻璃观察窗口处；通过在石英玻璃观察窗外设置的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃烧气氛可调燃烧器，其特征在于：包括燃烧室、液体燃料进样机构、粉末燃料进样机构、粉末分散机构、块状燃料升降台、水蒸气生成装置、石英玻璃观察窗、激光入射窗、激光挡块窗、密封电极、压强传感器接口和湿度传感器接口；所述燃烧室为中空的长方体结构，其中一对相对侧壁上各设置一个石英玻璃观察窗，另一对相对侧壁上分别设置有激光入射窗和激光挡块窗；所述压强传感器接口和湿度传感器接口均设置于燃烧室的侧壁上；所述液体燃料进样机构同轴设置于燃烧室的顶部，包括液体燃料盛样器和单向阀，所述液体燃料盛样器上端通过螺纹与高压气源相连，下端通过螺纹与单向阀连接；所述单向阀通过设置于燃烧室的顶部的进料口与燃烧室内连通，实现液体燃料的进样；所述粉末燃料进样机构包括盛样漏斗、转动挡板、漏斗支架、销钉、电磁铁、电磁铁支架；所述盛样漏斗通过漏斗支架固定于燃烧室顶部进料口的正下方，所述转动挡板通过销钉与漏斗支架铰接，位于盛样漏斗的下端口处；所述电磁铁通过电磁铁支架固定于转动挡板的一侧，通过电磁铁中弹簧的水平方向压力，使转动挡板紧贴盛样漏斗的下端口；所述粉末分散机构包括阻尼玻璃、方形漏斗、钢架、环形支架；所述钢架为长方体框架结构，同轴固定于燃烧室的内底面；多个阻尼玻璃交错并向下倾斜固定于钢架相对两侧的内壁上，形成硼粒子在下落时的障碍，通过对下落硼粒子施加阻力，保证硼粒子能够疏散开；所述方形漏斗和环形支架分别同轴固定于钢架内的中部和下部、并位于阻尼玻璃的下方；所述块状燃料升降台包括升降台和固定环，所述升降台为T形结构，其上端平板用于放置块状燃料，下端圆柱的外周面设置有外螺纹；所述固定环为开有内螺纹的圆环；所述升降台通过螺纹安装于固定环上，并通过旋转实现沿轴向的上下位移；所述固定环同轴安装于粉末分散机构的环形支架上；所述水蒸气生成装置包括加热圈、水槽和绝缘垫槽，所述水槽通过绝缘垫槽同轴安装于燃烧室的内底面，并位于所述钢架内，所述加热圈紧贴水槽外壁；所述加热圈通过设置于燃烧室侧壁的密封电极与外部旋钮温控器相连。2.根据权利要求1所述燃烧气氛可调燃烧器，其特征在于：所述燃烧室包括燃烧器顶板、燃烧器主体和燃烧器底板，所述燃烧器主体包括燃烧器主体上面板、燃烧器主体侧面板、燃烧器主体下面板；四个所述燃烧器主体侧面板围城两端开口的方筒，其上端口的内周面设置有环形结构的燃烧器主体上面板，通过O型圈与所述燃烧器顶板密封连接；方筒下端口的外周面设置有环形结构的燃烧器主体下面板，通过O型圈与所述燃烧器底板密封连接；所述燃烧器主体侧面板上开有燃烧器进/排气口。3.根据权利要求2所述燃烧气氛可调燃烧器，其特征在于：所述燃烧器顶板中心处开有通孔，并在通孔外端面同轴固定有公螺纹接头，所述公螺纹接头通过螺纹与所述液体燃料进样机构同轴连接。4.根据权利要求1所述燃烧气氛可调燃烧器，其特征在于：所述阻尼玻璃的数量为三个。5.根据权利要求1所述燃烧气氛可调燃烧器，其特征在于：两个所述石英玻璃观察窗相对设置，均包括石英玻璃观察窗口、石英玻璃和石英玻璃观察窗口压螺，通过所述石英玻璃观察窗口压螺将石英玻璃压紧安装于石英玻璃观察窗口处；通过在石英玻璃观察窗外设置
的高速相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘林林，宋英恺，胡松启，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：