CN102252344A - 新型实验用点火测温装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型实验用点火测温装置，旨在提供一种仅借助于点火丝产生的热量来引燃燃料的点火装置。本发明包括点火丝、点火电源、点火台，所述点火台上设有第一点火孔、第二点火孔、第一测温孔和第二测温孔。点火台中央上方的支架上放置点火测温筒，点火测温筒上开有小孔并设置有热电偶，热电偶通过导线经点火台的第一测温孔和第二测温孔与测温计连接。点火测温筒上方放置点火丝，点火丝两端固定在外侧套有托架、压簧、紧固旋片的第一点火柱和第二点火柱上。第一点火柱和第二点火柱固定在点火台上，并分别通过点火台的第一点火孔和第二点火孔与点火电源连接，点火电源是由插头、断电保护器、接触式调压器通过导线连接。本发明的主要用途是实验室中燃料的点火和燃料燃烧时的温度测量。

Description

新型实验用点火测温装置
技术领域
本发明涉及一种点火装置，更具体的说，涉及一种无需点火药引燃的实验用点火装置。
背景技术
高能燃料(例如铝/水基燃料)点火过程对于许多燃烧和推进应用以及揭示高能燃料的燃烧机理具有非常重要的意义。当前，在对高能燃料燃烧的研究时使用的点火方式有：化学点火、火药点火、激光点火及电点火。采用化学点火，装置较为复杂、组件多，而且不利于简化系统和提高可靠性。点火剂使用需要根据燃料的燃烧特性选择合适的配比关系。火药点火是通过电阻丝引燃点火药，点火药燃烧放出大量的热再点燃推进剂，这种点火装置只能一次使用，再用时需更换火药装药，给实验过程带来很大的不便，而且采用点火药引燃高能燃料，点火药的燃烧会给燃烧产物、燃烧温度及燃烧发热量等结果的分析带来一定的误差，从而降低了实验的精确性，影响对高能燃料燃烧特性及燃烧机理的正确分析。激光点火的研究近年来已成为一个研究的热点，采用激光作为刺激源研究高能燃料点火性能是因为激光输出能量高且可调、点火时间和能量可控制且不受环境因素限制，而高能燃料点火性能的研究对揭示高能燃料的燃烧机理，验证点火模型具有非常重要的意义。然而，采用激光点火，激光能量必须大于高能燃料的点火能量阈值，否则无法点燃，因此采用激光点火存在点火可靠性的问题。其次，采用激光点火，高能燃料的组分、配比和粒度对于激光点火过程有较大影响，尤其是一些金属粒子，在点火过程研究中根据需要调整配方，要视具体要求去选择点火条件，这给配方比较复杂的高能燃料研究带来很多麻烦，而且一旦激光源不稳定，实验就要终止。
电点火是直接利用电能点燃高能燃料。采用电点火，点火可靠，操作方便，可重复使用，非常适合实验室高能燃料的点燃，尤其是对难于点燃的高能燃料。以往的研究中，基本采用点火药引燃的方式点燃[J.L.Sabourin，G.A.Risha，R.A.Yetter，S.F.Son，B.C.Tappan.Combustion characteristics of nanoaluminum，liquid water，and hydrogen peroxide mixtures.Combustion and Flame 154(2008)587-600.]，特别是对点火温度比较高的物质，如果不采用点火药引燃的方式燃料基本上无法被点燃。采用点火药引燃，有很大的缺点：点火药燃烧会产生大量烟气，不仅影响对高能燃料燃烧过程中火焰形貌及火焰结构的判断，而且点火药燃烧产生的燃烧产物影响对高能燃料燃烧特性及燃烧机理的正确分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仅借助于点火丝产生的热量来引燃燃料，无需再依赖对燃烧产物影响大且安全系数低的点火药的实验用点火装置，同时本发明的点火装置可根据需要利用热电偶直接测量燃料燃烧时的燃烧表面温度。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种新型实验用点火测温装置，包括点火丝、点火电源、点火台，所述点火台上设有第一点火孔和第二点火孔，点火台上设置有第一点火柱和第二点火柱；点火台中央上方的支架上设置有点火测温筒；点火测温筒上方设置有点火丝；点火丝两端固定在外侧套有托架、压簧、紧固旋片的第一点火柱和第二点火柱上；第一点火柱通过点火台的第一点火孔与点火电源连接，第二点火柱通过点火台的第二点火孔与点火电源连接；点火电源是由插头、断电保护器、接触式调压器通过导线连接。
所述点火台上设置有第一测温孔和第二测温孔，点火测温筒上开有小孔，并设置有热电偶，热电偶通过导线经点火台的第一测温孔和第二测温孔与测温计连接，可直接测量燃料燃烧时的燃烧表面温度。
所述托架、压簧、紧固旋片起到固定点火丝的作用。
所述点火测温筒选用石英耐火材料，筒内放置的燃料为固体或固液混合物；石英耐火材料不仅具有耐高温的特性，而且是透明的，便于观察燃料燃烧的过程。
所述点火台的第一点火孔、第二点火孔、第一测温孔和第二测温孔是由聚四氟乙烯制成，聚四氟乙烯是绝缘材料，起到完全绝缘的作用。
所述点火丝选用镍铬材质，镍铬具有高温下抗氧化性强，发热量大的特性；同时可根据引燃燃料所需的发热量在0.3～3.0mm之间选择点火丝的直径规格。
所述点火丝引燃处的结构可根据引燃燃料所需的发热量大小依次选择螺旋型、W型和V型。
所述点火台选用不锈钢材质，不锈钢材质具有耐高压、耐高温的特性。
所述接触式调压器产生的输出电压可根据点火需要在0～250V之间任意连续调整，进而调整整个回路中的电流。
所述第一点火柱和第二点火柱选用铜材质，铜材质具有良好的导电性。
所述断电保护器在电流过载等非正常点火时会自动断开，使点火过程停止，起到安全保护的作用。
本发明的原理是将点火测温装置放置于空气或通过卡槽固定在燃烧室中。在不同压力不同的气氛下，通过调节接触式调压器的输出电压，使点火柱通电，并在点火丝两端形成压差，从而使得点火丝引燃处产生高温并释放足够的能量，保证在规定的各种环境条件下可靠的引燃燃料。同时利用热电偶直接测量燃料燃烧时的燃烧表面温度。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
1)本发明的点火测温装置点火时仅借助于点火丝产生的热量来引燃燃料，无需再依赖点火药；同时本发明的点火测温装置可根据需要利用热电偶直接测量燃料燃烧时的燃烧表面温度。
2)本发明的点火测温装置点火时无污染，对燃烧产物的影响小，有利于对燃烧产物的监测和分析。
3)本发明的点火丝不再局限于较细的点火丝，而是根据被引燃燃料达到着火温度所需要的热量选择点火丝的直径规格。
4)本发明的点火丝引燃处不再只采用V型结构，而是根据被引燃燃料达到着火温度所需要的热量设计成V型、W型和螺旋型中的一种。
5)本发明的接触式调压器可根据被引燃燃料达到着火温度所需要的热量在0～250V之间连续调整电压，以此改变回路中的电流大小。
6)本发明的断电保护器在电流过载等非正常点火时会自动断开，使点火过程停止，起到安全保护的作用。
7)本发明的点火台选用不锈钢材质，具有耐高压和耐高温的特性；第一点火柱和第二点火柱选用铜材质，具有良好的导电性。
8)本发明的第一点火孔、第二点火孔、第一测温孔和第二测温孔由聚四氟乙烯绝缘塑料制成，起到完全绝缘的作用。
9)本发明的安全系数和点火的成功率高。
10)本发明的设计科学合理，结构简单巧妙，便于制作安装，效果稳定可靠，从而使得制作和使用维护的成本低，有利于推广。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明点火台的俯视图；
图3是本发明测温装置的侧视图；
图4是引燃处为V型结构点火丝的示意图；
图5是引燃处为W型结构点火丝的示意图；
图6是引燃处为螺旋型结构点火丝的示意图。
图中标号说明
插头1  接触式调压器2  断电保护器3  导线4  点火电源5  密封垫圈6
点火台7  支架8  压簧9  托架10  第一点火柱11  紧固旋片12  点火测温筒13
点火丝14  第一点火孔15.第一测温孔16  卡槽17  热电偶18  测温计19
引燃处20  第二点火柱21  第二点火孔22  第二测温孔23
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作详细描述。
图1是本发明的整体结构示意图，包括点火丝14、点火电源5、点火台7，所述点火台7中央上方的支架8上放置点火测温筒13；点火测温筒13上方放置点火丝14；点火丝14两端固定在外侧套有托架10、压簧9、紧固旋片12的第一点火柱11和第二点火柱21上；第一点火柱11和第二点火柱21固定在点火台7上，并分别通过点火台7的第一点火孔15和第二点火孔22与点火电源5连接；点火电源5是由插头1、断电保护器3、接触式调压器2通过导线4连接。
图2是本发明点火台的俯视图，点火台7上设置有支架8、卡槽17、第一点火孔15和第二点火孔22、第一测温孔16和第二测温孔23。.
图3是本发明测温装置的侧视图，点火测温筒13上开有小孔，并设置有热电偶18，热电偶18通过导线与测温计19连接。
实施例1
一种新型实验用点火测温装置，包括点火丝14、点火电源5、点火台7，所述耐高压、耐高温的不锈钢材质的点火台7上设有聚四氟乙烯绝缘材质的第一点火孔15和第二点火孔22；点火台7中央上方的支架8上放置点火测温筒13；点火测温筒13上方放置点火丝14；在外侧套有托架10、压簧9、紧固旋片12的第一点火柱11和第二点火柱21固定在点火台7上，并分别通过点火台7的第一点火孔15和第二点火孔22与点火电源5连接；点火电源5是由插头1、断电保护器3、接触式调压器2通过导线4连接。
在耐高温的石英材质的点火测温筒13的筒内放置3％的聚乙烯亚胺溶液与纳米铝粉的混合物，将高温下抗氧化性强、发热量大的镍铬材质的点火丝14的引燃处20设计成V型(如附图4所示)且点火丝14的直径规格为1.2mm，并将点火丝14的两端固定在导电性好的铜材质的第一点火柱11和第二点火柱21上。通过将可连续调整电压的接触式调压器2的输出电压调节至6V来引燃燃料。本发明在本实施例下的点火成功率达100％。
实施例2
一种新型实验用点火测温装置，包括点火丝14、点火电源5、点火台7，所述耐高压、耐高温的不锈钢材质的点火台7上设有聚四氟乙烯绝缘材质的第一点火孔15、第二点火孔22、第一测温孔16和第二测温孔23。点火台7中央上方的支架8上放置点火测温筒13；点火测温筒13上方放置点火丝14；外侧套有托架10、压簧9、紧固旋片12的第一点火柱11和第二点火柱21固定在点火台7上，并分别通过点火台7的第一点火孔15和第二点火孔22与点火电源5连接；点火电源5是由插头1、断电保护器3、接触式调压器2通过导线4连接。点火测温筒13上开有小孔，并放置有热电偶18，热电偶18通过导线经点火台7的第一测温孔16和第二测温孔23与测温计19连接。
在压强为1MPa氩气环境下，在耐高温的石英材质的点火测温筒13的筒内放置1％的聚丙烯酰胺溶液与纳米铝粉的混合物，将高温下抗氧化性强、发热量大的镍铬材质的点火丝14的引燃处20设计成W型(如附图5所示)且点火丝14的直径为1.0mm，并将点火丝14的两端固定在导电性好的铜材质的第一点火柱11和第二点火柱21上。通过将可连续调整电压的接触式调压器2的输出电压调节至5V来引燃燃料。同时将热电偶18插入到点火测温筒13的小孔中来测量燃料燃烧时的温度，并通过测温计19显示燃烧表面温度为1492.71℃。本发明在本实施例下的点火成功率达100％。
实施例3
一种新型实验用点火测温装置，包括点火丝14、点火电源5、点火台7，所述耐高压、耐高温的不锈钢材质的点火台7上设有聚四氟乙烯绝缘材质的第一点火孔15、第二点火孔22、第一测温孔16和第二测温孔23。点火台7中央上方的支架8上放置点火测温筒13；点火测温筒13上方放置点火丝14；外侧套有托架10、压簧9、紧固旋片12的第一点火柱11和第二点火柱21固定在点火台7上，并分别通过点火台7的第一点火孔15和第二点火孔22与点火电源5连接；点火电源5是由插头1、断电保护器3、接触式调压器2通过导线4连接。点火测温筒13上开有小孔，并放置有热电偶18，热电偶18通过导线经点火台7的第一测温孔16和第二测温孔23与测温计19连接。
在压强为1MPa氩气环境下，在耐高温的石英材质的点火测温筒13的筒内放置纳米级铝粉与水的固液混合物，将高温下抗氧化性强、发热量大的镍铬材质的点火丝14的引燃处20设计成螺旋型(如附图6所示)且点火丝14的直径为1.2mm，并将点火丝14的两端固定在导电性好的铜材质的第一点火柱11和第二点火柱21上。通过将可连续调整电压的接触式调压器2的输出电压调节至5V来引燃燃料。同时将热电偶18插入到点火测温筒13的小孔中来测量燃料燃烧时的温度和燃烧波温度分布，并通过测温计19显示燃烧表面温度为1553.64℃。本发明在本实施例下的点火成功率达100％。
实施例4
一种新型实验用点火测温装置，包括点火丝14、点火电源5、点火台7，所述耐高压、耐高温的不锈钢材质的点火台7上设有聚四氟乙烯绝缘材质的第一点火孔15、第二点火孔22、第一测温孔16和第二测温孔23。点火台7中央上方的支架8上放置点火测温筒13；点火测温筒13上方放置点火丝14；外侧套有托架10、压簧9、紧固旋片12的第一点火柱11和第二点火柱21固定在点火台7上，并分别通过点火台7的第一点火孔15和第二点火孔22与点火电源5连接；点火电源5是由插头1、断电保护器3、接触式调压器2通过导线4连接。点火测温筒13上开有小孔，并放置有热电偶18，热电偶18通过导线经点火台7的第一测温孔16和第二测温孔23与测温计19连接。
在压强为1MPa氩气环境下，在耐高温的石英材质的点火测温筒13的筒内放置3％的聚丙烯酰胺溶液与纳米铝粉的混合物，将高温下抗氧化性强、发热量大的镍铬材质的点火丝14的引燃处20设计成W型(如附图5所示)且点火丝14的直径为1.0mm，并将点火丝14的两端固定在导电性好的铜材质的第一点火柱11和第二点火柱21上。通过将可连续调整电压的接触式调压器2的输出电压调节至6V来引燃燃料。同时将热电偶18插入到点火测温筒13的小孔中来测量燃料燃烧时的温度，并通过测温计19显示燃烧表面温度为1684.01℃。本发明在本实施例下的点火成功率达100％。

Claims (10)

1.一种新型实验用点火测温装置，包括点火丝(14)、点火电源(5)、点火台(7)，其特征在于：点火台(7)上设置有第一点火孔(15)和第二点火孔(22)，点火台(7)上方设置有第一点火柱(11)和第二点火柱(21)；点火台(7)中央上方的支架(8)上设置有点火测温筒(13)；点火测温筒(13)上方设置有点火丝(14)；点火丝(14)两端固定在外侧套有托架(10)、压簧(9)、紧固旋片(12)的第一点火柱(11)和第二点火柱(21)上；第一点火柱(11)通过点火台(7)的第一点火孔(15)与点火电源(5)连接，第二点火柱(21)通过点火台(7)的第二点火孔(22)与点火电源(5)连接；点火电源(5)是由插头(1)、断电保护器(3)、接触式调压器(2)通过导线(4)连接。
2.根据权利要求1所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火台(7)上设置有第一测温孔(16)和第二测温孔(23)，点火测温筒(13)上开有小孔，并设置有热电偶(18)，热电偶(18)通过导线经点火台(7)的第一测温孔(16)和第二测温孔(23)与测温计(19)连接。
3.根据权利要求1或2所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火测温筒(13)选用石英耐火材料，点火测温筒(13)的筒内放置的燃料为固体或固液混合物。
4.根据权利要求1或2所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火台(7)的第一点火孔(15)、第二点火孔(22)、第一测温孔(16)和第二测温孔(23)是由聚四氟乙烯绝缘塑料制成，点火台(7)选用不锈钢材质。
5.根据权利要求1所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火丝(14)选用镍铬材质，点火丝(14)的直径规格为0.3～3.0mm。
6.根据权利要求1或5所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火丝(14)的引燃处(20)设计成V型结构。
7.根据权利要求1或5所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火丝(14)的引燃处(20)设计成W型结构。
8.根据权利要求1或5所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：点火丝(14)的引燃处(20)设计成螺旋型结构。
9.根据权利要求1所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：接触式调压器(2)产生的输出电压为0～250V。
10.根据权利要求1所述的新型实验用点火测温装置，其特征在于：第一点火柱(11)、第二点火柱(21)、支架(8)选用铜材质。
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