CN107085011B - 一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，特别适用于含能材料慢速烤燃安全性评估，可满足大尺寸含能材料在不同升温速率条件下慢速烤燃热安全性评估。该装置包括：带气体微循环的箱体其内壁由纳米气凝胶毡隔热棉隔热，隔热效果好，其内部八个角均装有气体微循环系统，后壁、底部安有加热管；本发明利用气体微循环实现程序加热，箱体内部不同位置温度均一性良好,高精度慢速程序升温，升温速率最大偏差1.35％；且控制系统与箱体分离，具备远程控制的功能，满足爆炸危险作业的安全需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，具体属于一种大尺寸含能材料安全性评估的慢速烤燃装置。
背景技术
含能材料在制造、运输、贮存和使用过程中，受到外部缓慢热刺激作用时，会使含能材料内部产生热积累，随着温度的不断升高，会发生自加速热分解或者燃烧甚至爆炸的危险。因而含能材料的热安全性研究尤为重要。
含能材料的热安全性研究是武器弹药安全性研究中的一项重要内容。对于小药量的含能材料，可以通过差热分析法(DTA)、差示扫描量热法(DSC)、绝热加速量热法(ARC)、微热量热法(C80)等方法评估含能材料热分解特性，但对于大尺寸、大剂量的含能材料，由于试验条件的限制，这些常规方法无法准确评估含能材料在缓慢受热条件下的热安全性。慢速烤燃试验是针对含能材料在制造、运输、贮存及实战环境中可能会遭受意外的热刺激而设计的，用来检验大尺寸含能材料对意外热刺激的敏感程度和发生反应时的剧烈程度。慢速烤燃试验作为研究含能材料热安全性的方法，倍受西方各军事强国重视。英、美等国均确立了相应的慢速烤燃试验方法(SCO)及标准，来评估含能材料的缓慢受热烤燃行为。
近年来，国内外均进行了大量的烤燃试验装置研究。国内专利CN 104949587 A一种不敏感炸药慢速烤燃用加热装置，加热装置为整体性加热，两端不会出现明显散热区，装配过程较为简单，但加热层的热量通过热传导加热整个装置，其温度场温差较大。CN105675643 A公开了一种复合固体推进剂烤燃实验装置，对复合固体推进剂的快速与慢速烤燃特性进行研究。但升温速率过高，无法满慢速烤燃试验要求。CN201420311920一种加热装置，加热效率高，同时加热多组样品，但该加热装置主要应用岩石样品的制备，升温范围窄。美国US8297270一种快速升温系统，采用空气作为传热介质，但升温速率高；美国US7549375一种对温度响应敏感的安全装置，泄压位置采用特殊材料制造而成，特定温度下就会熔化，安全性好；通过查阅到的专利发现，目前加热装置均具有结构简单，但升温速率快的特点，无法满足足含能材料的慢速烤燃试验的需求。因此，烤燃加热装置仍需进一步研究。
发明内容
为满足含能材料在不同升温速率条件下慢速烤燃安全性评估的需求，本发明提出一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其主要组成部分有：带气体微循环的箱体，远程式程序控温仪。
本发明的一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，
包括：带气体微循环的箱体，其内部由纳米气凝胶毡隔热棉隔热，内部八个角均装有气体微循环系统，后壁、底部均设有加热管；
以及与带气体微循环的箱体相连的远程式程序控温仪。
进一步的，箱体内部由10±1cm厚的纳米气凝胶毡隔热棉隔热，箱体长宽各为0.8±0.1m，高为1±0.1m，内部体积为0.55～0.65m3。
进一步的，所述的带气体微循环的箱体表面为合金材料。
进一步的，气体微循环系统为在箱体后壁距离四个角各5cm处、距箱门四个角各10cm处装有的八个可吸气放气的装置，所述的八个可吸气放气的装置通过管道连接在一起。
进一步的，加热管为单u加热管。
进一步的，加热管设置为三个且并联的安装在箱体后壁、底部，且其安装面积占到后壁、底部的一半。
进一步的，带气体微循环的箱体连接有实时监控系统。
进一步的，带气体微循环的箱体连接有数据采集及处理系统。
与现有的慢烤试验装置相比，本发明的试验装置利用了气体微循环进行加热，实现箱体内部不同位置的均匀控温；远程控制，操作简单、安全性高；快速降温，可控性好；远程式程序控温仪高精度程序控温；箱体结构简单，成本低，尤其适用于一次性损耗的爆炸性试验。
附图说明
图1为本发明装置的工作原理图。
图2为绝热箱体内部结构示意图。
其中，1-远程式程序控温仪；2-传感器导线；3-数据采集处理系统；4-带气体微循环的箱体；5-温度传感器；6-实时监控系统；7-加热管；8-气体循环系统。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，主要包括远程式程序控温仪、带气体微循环的箱体两个部分。远程式程序控温仪、带气体微循环的箱体均由市售原材料及常见工业仪器特制而成。
该装置具体为：带气体微循环的箱体，其内部由纳米气凝胶毡隔热棉隔热，内部八个角均装有气体微循环系统，后壁、底部均设有加热管；
以及与带气体微循环的箱体相连的远程式程序控温仪。
带气体微循环的箱体其内壁由纳米气凝胶毡隔热棉隔热，隔热效果好，其内部八个角均装有气体微循环系统，后壁、底部安有加热管，箱体长宽各为0.8m，高为1m，内部体积为0.55m3，箱体表面为合金材料。如图2所示，结构简单，成本低，尤其适用于大尺寸含能材料慢速烤燃安全性评估的一次性耗材试验。在箱体后壁距离四个角各5cm处、距箱门四个角各10cm处装有八个可吸气放气的装置，八个装置通过管道连接到一起，可吸气放气的装置按5s一次的切换频率进行吸气放气，当气体被吸入管道内后气体流动循环5s后又从管道排出到箱体内。带气体微循环的箱体还分别连接有实时监控系统、数据采集及处理系统。
远程式程序控温仪与箱体利用远程数据线控制的方式，对绝热烘箱实现远程程序控制，为箱体提供电源。可控性好、安全性高，尤其适用于具有爆炸危险的大尺寸含能材料慢速烤燃试验。
对本发明试验装置进行了不同的升温速率测试，具体测试步骤如下：
1.用两根K型温度传感器将远程式程序控温仪与带气体微循环的箱体连接，取数据采集处理系统连接的五根温度传感器，将五根温度传感器分别放置于箱体温度差异较大的五个位置处，如图1所示。
2.在远程式程序控温仪中设置升温程序，分别设定13、8、6、3.3、2℃/h五个不同升温速率的温升速率，启动加热程序。
3.数据采集处理系统采集试验过程的五根传感器的温度数据，待测试结束后做处理。
对本发明试验装置进行了五个不同升温速率的测试，测试结果见不同升温速率条件下绝热箱内温度场分布表1。
通过表1可得出：在13、8、6、3.3、2℃/h五个不同升温速率下，箱体内部不同位置的温度均匀性良好，升温速率为3.3℃/h时，温度场内的最大温差为1℃；五个不同测温点的升温速率最大偏差1.3％，且在升温速率低至2℃/h时，仍有较好的控温效果。
该装置具体技术原理如下：
(1)在远程式程序控温仪中设定一定的升温程序，箱体内的两根温度传感器将热电信号反馈到远程式程序控温仪中，程序控温仪结合反馈的温度数据与实时设定的温度值，调节相应的加热输出功率，使箱体按照设定程序工作；
(2)在箱体加热的同时，远程式程序控温仪通过加热输出功率来调节气体微循环系统运行，八个口处不断将箱体内的气体吸到系统管道内，经过循环后将气体从八个口处排除。其气体循环的速率随加热速率变化，加热速率越大，气体循环系统的功率越大，进而得到满足要求的气体循环速率，实现加热箱体内各部位缓慢均匀升温。
表1 不同升温速率条件下绝热箱内温度场分布
Claims (6)
1.一种利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其特征在于，该试验装置包括：
带气体微循环的箱体，其内部由纳米气凝胶毡隔热棉隔热，内部八个角均装有气体微循环系统，后壁、底部均设有加热管；所述的气体微循环系统为在箱体后壁距离四个角各5cm处、距箱门四个角各10cm处装有的八个可吸气放气的装置，所述的八个可吸气放气的装置通过管道连接在一起；所述的加热管设置为三个且并联的安装在箱体后壁、底部，且其安装面积占到后壁、底部的一半；
以及与带气体微循环的箱体相连的远程式程序控温仪；其中，在箱体加热的同时，远程式程序控温仪通过加热输出功率来调节气体微循环系统运行，八个口处不断将箱体内的气体吸到系统管道内，经过循环后将气体从八个口处排除；其气体循环的速率随加热速率变化，加热速率越大，气体循环系统的功率越大，进而得到满足要求的气体循环速率，实现加热箱体内各部位缓慢均匀升温。
2.根据权利要求1所述的利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其特征在于，箱体内部由10±1cm厚的纳米气凝胶毡隔热棉隔热，箱体长宽各为0.8±0.1m，高为1±0.1m，内部体积为0.55～0.65m3。
3.根据权利要求1所述的利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其特征在于，所述的带气体微循环的箱体表面为合金材料。
4.根据权利要求1所述的利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其特征在于，所述的加热管为单u加热管。
5.根据权利要求1所述的利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其特征在于，所述的带气体微循环的箱体连接有实时监控系统。
6.根据权利要求1所述的利用气体微循环实现高精度程序控温的慢烤试验装置，其特征在于，所述的带气体微循环的箱体连接有数据采集及处理系统。
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