【技术实现步骤摘要】
一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统及方法
[0001]本专利技术涉及金属铝燃料储能利用
，具体为一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统及方法。
技术介绍
[0002]金属燃料作为一种高能燃料，其燃烧热是普通燃料的5～20倍，具有高能量密度等特性。其中，铝粉是一种新型的高能燃料，由于能量密度大，燃烧氧化物无毒，且铝资源储备丰富等诸多优点，将其作为金属燃料转化利用，是近年来金属储能的研究热点之一。
[0003]为了研究纳米金属铝粉在不同气氛中的燃烧特性，常规研究方法是在静态环境下对铝粉燃烧特性进行考察。铝粉表面覆盖氧化物，当研究燃烧特性的时候，只有当覆盖在铝粉表面的这层氧化物溶解后，铝粉才能点火燃烧。同时，在静态条件下，铝粉颗粒间呈紧密堆积状态，相互之间无明显运动，使燃烧更为困难。
[0004]目前，常用的金属粉尘颗粒燃烧，通常利用压缩空气来冲击粉尘颗粒，将洁净干燥的压缩空气经过减压阀后，吹散颗粒，通过调节减压阀来控制空气流速，使其出现自然悬浮的状态。从而使金属颗粒之间的影响增强，燃烧时热量传递更加迅速，达到加强燃烧的目的。
[0005]但其存在的问题在于，金属铝的密度比一般粉尘的密度大，堆积态的燃烧过程极易形成结渣产物，降低铝粉燃烧效率。在燃烧试验中，对颗粒分布的均匀性要求较高，传统的压缩气体冲击粉尘无法达到颗粒分布的均匀性，存在死角等问题，且无法在装置中长时间内保持均匀的铝粉悬浮，降低了火焰在燃烧筒内的连续传播效果，且燃烧位置和燃烧空间体积不可调，不能随时添加燃烧组分。
技术实现思路
>[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统及方法，操作方便，结构简单，效果明显，能使铝粉悬浮更均匀，燃烧效率更高。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统，包括悬浮燃烧装置，以及与悬浮燃烧装置连接的悬浮气体供给装置、金属铝粉悬浮装置和测量记录装置；
[0009]所述悬浮燃烧装置包括燃烧筒；所述燃烧筒呈立式圆筒状，顶端设置有出气口，底端为缩径结构并设置有进气口，中上部筒体外包裹设置有加热装置，中上部筒体内设置有加热丝网；
[0010]所述悬浮气体供给装置包括压缩空气罐；所述压缩空气罐出口和进气口连接；
[0011]所述金属铝粉悬浮装置包括铝粉腔室、腔室拉杆和若干半球面喷口；所述铝粉腔室横向设置在燃烧筒的缩径结构的顶部；所述铝粉腔室一端与燃烧筒内壁固定，另一端伸出燃烧筒外；所述铝粉腔室包括呈中空筒状且下端开口的固定壳体，以及与固定壳体下端滑动连接的多孔材料底板；所述腔室拉杆一端与多孔材料底板连接，另一端伸出固定壳体
外；所述若干半球面喷口面向出气口方向设置在铝粉腔室的固定壳体上方，半球面喷口为空心的伞状，伞柄端与固定壳体连通，球面端设置有若干出气小孔；
[0012]所述测量记录装置用于采集金属铝粉悬浮燃烧图像。
[0013]进一步的，所述出气小孔直径范围为1.0～1.5mm，沿着半球面喷口的球面均匀布置。
[0014]进一步的，所述加热丝网截面形状与燃烧筒截面相同，且垂直于燃烧筒中轴线设置在铝粉腔室上方的燃烧筒内部，其中部设置有伸出燃烧筒的丝网拉杆。
[0015]进一步的，所述测量记录装置包括热电偶、温控显示器、数据采集仪、计算机和高速摄像机；所述热电偶探测端与加热装置连接，输出端与温控显示器的输入端连接；所述温控显示器的输出端通过数据采集仪与计算机连接；所述高速摄像机用于采集金属铝粉悬浮燃烧的火焰图像，输出端连接计算机。
[0016]进一步的，所述悬浮气体供给装置还包括依次设置在压缩空气罐出口和进气口之间的减压阀、压力表和压缩空气缓冲室。
[0017]更进一步的，所述压缩空气缓冲室的出口依次经电磁阀、单向阀和气体流量计连接进气口。
[0018]进一步的，所述腔室拉杆上设置有与固定壳体端面密封配合的密封挡板。
[0019]进一步的，所述燃烧筒、铝粉腔室、半球面喷口和压缩空气缓冲室均由不锈钢材质制成。
[0020]一种金属铝粉悬浮燃烧的试验方法，包括，
[0021]称取铝粉混合物并将其放置在多孔材料底板上，通过腔室拉杆送入铝粉腔室的固定壳体内；
[0022]开启加热装置和压缩空气罐，将压缩空气缓冲室内的高压气流通过进气口送入燃烧筒的底部；
[0023]高压气流经过燃烧筒底部的缩径结构进入铝粉腔室，上升的气流穿过多孔材料底板携带铝粉混合物经过半球面喷口，从各个方向的出气小孔进入燃烧筒，控制气速使铝粉混合物在燃烧筒内各个方向均匀分布，呈现均匀的悬浮状态后准备燃烧；
[0024]当铝粉混合物随气速稳定后，均匀的悬浮状态的铝粉混合物随着气流运动到加热丝网，其热量达到铝粉混合物点火温度时，铝粉混合物发生燃烧；当铝粉混合物燃烧殆尽，试验结束。
[0025]进一步的，
[0026]试验过程中，内部燃烧的温度由热电偶和温控显示器获得，并经过数据采集仪送入计算机进行数据处理；
[0027]试验过程中，内部燃烧的过程图像由高速摄像机记录，并传输到计算机进行数据处理。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0029]本专利技术系统通过在燃烧筒内设置带有半球面喷口的铝粉腔室，通过半球面喷口上的若干出气小孔，配合压缩空气罐中的压缩气体，将铝粉混合物从各个方向送入燃烧筒内，使处于静态堆积的铝粉混合物随着压缩气体发生松动悬浮，从而配合加热装置和加热丝网发生悬浮状态下的金属铝粉燃烧，解决了堆积态燃烧过程极易形成结渣产物，而降低铝粉
燃烧效率的问题；同时配合测量记录装置可研究金属铝粉在不同气氛下的燃烧特性，悬浮状态使气体和金属粉末得到充分的接触，从而更好的发生化学反应；通过出气小孔的设置可保证未燃粉尘悬浮流在火焰阵面到来之前保持良好的悬浮状态，使火焰可在燃烧筒内连续传播，优化了金属铝粉的燃烧效果；而且，采用滑动设置的多孔材料底板与腔室拉杆连接，形成推拉式的腔室拉杆将铝粉混合物送入铝粉腔室的固定壳体内的设计，可自由调配金属铝粉混合原料的组成，以及不同添加剂的加入，使燃烧位置和燃烧空间视情况可调，设计合理，操作简单容易。
[0030]进一步，本专利技术系统中采用的出气小孔布置方式，能有效的将铝粉混合物从各个方向送入燃烧筒内，从而保证燃烧筒内的金属铝粉混合物浓度沿着轴向和径向分布均匀，燃烧更加充分，提高燃烧效率。
[0031]进一步，本专利技术系统通过在加热丝网上设置丝网拉杆的方式，自由调节加热丝网的具体位置，可以更方便的根据燃烧在燃烧筒内发生的具体位置进行调整，操作灵活，反应更加充分。
[0032]进一步，本专利技术系统采用热电偶通过温控显示器和数据采集仪将燃烧筒内的温度数据实时输入计算机，并通过高速摄像机将具体燃烧的火焰情况记录后输入计算机，记录准确，分析结果更可靠。
[0033]进一步，本专利技术系统通过设置压缩空气缓冲室存储每次试验需要的空气体积，更加方便可控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统，其特征在于，包括悬浮燃烧装置，以及与悬浮燃烧装置连接的悬浮气体供给装置、金属铝粉悬浮装置和测量记录装置；所述悬浮燃烧装置包括燃烧筒(7)；所述燃烧筒(7)呈立式圆筒状，顶端设置有出气口(14)，底端为缩径结构并设置有进气口(20)，中上部筒体外包裹设置有加热装置(11)，中上部筒体内设置有加热丝网(12)；所述悬浮气体供给装置包括压缩空气罐(1)；所述压缩空气罐(1)出口和进气口(20)连接；所述金属铝粉悬浮装置包括铝粉腔室(8)、腔室拉杆(9)和若干半球面喷口(10)；所述铝粉腔室(8)横向设置在燃烧筒(7)的缩径结构的顶部；所述铝粉腔室(8)一端与燃烧筒(7)内壁固定，另一端伸出燃烧筒(7)外；所述铝粉腔室(8)包括呈中空筒状且下端开口的固定壳体，以及与固定壳体下端滑动连接的多孔材料底板；所述腔室拉杆(9)一端与多孔材料底板连接，另一端伸出固定壳体外；所述若干半球面喷口(10)面向出气口(14)方向设置在铝粉腔室(8)的固定壳体上方，半球面喷口(10)为空心的伞状，伞柄端与固定壳体连通，球面端设置有若干出气小孔(23)；所述测量记录装置用于采集金属铝粉悬浮燃烧图像。2.根据权利要求1所述的一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统，其特征在于，所述出气小孔(23)直径范围为1.0
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1.5mm，沿着半球面喷口(10)的球面均匀布置。3.根据权利要求1所述的一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统，其特征在于，所述加热丝网(12)截面形状与燃烧筒(7)截面相同，且垂直于燃烧筒(7)中轴线设置在铝粉腔室(8)上方的燃烧筒(7)内部，其中部设置有伸出燃烧筒(7)的丝网拉杆(13)。4.根据权利要求1所述的一种金属铝粉悬浮燃烧的试验系统，其特征在于，所述测量记录装置包括热电偶(15)、温控显示器(16)、数据采集仪(17)、计算机(18)和高速摄像机(19)；所述热电偶(15)探测端与加热装置(11)连接，输出端与温控显示器(16)的输入端连接；所述温控显示器(16)的输出端通过数据采集仪(17)与计算机(18)连接；...
【专利技术属性】
技术研发人员：向小凤，白文刚，张波，高炜，杨玉，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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