CN109578171A - 固体燃料扩散燃烧观察装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体燃料扩散燃烧观察装置，用于解决现有观察装置实用性差的技术问题。技术方案是包括进气腔、加热器、燃料条、燃烧室、透明窗、流量调节装置、爆破片和出口壁面，所述进气腔的进气管道与燃烧室连接的一端是方形，加热器包裹在进气腔的凹槽上，所述流量调节装置通过压螺固定在燃烧室出口壁面上方，爆破片固定在流量调节装置与压螺之间。由于进气腔方形进气管道与燃料条长宽尺寸相同，保证了氧化剂气体平吹在燃料条表面，解决了垂直透明窗方向燃料退移速率不一致的问题；加热器和流量调节装置便于观察不同固液混合发动机在不同温度氧化剂条件下燃料的扩散燃烧；爆破片解决了点火药量过多对固体燃料燃烧特性的干扰问题，实用性好。

Description

固体燃料扩散燃烧观察装置
技术领域
本发明涉及一种观察装置，特别是涉及一种固体燃料扩散燃烧观察装置。
背景技术
文献“Journal of Propulsion and Power期刊2011年27卷6期1276-1279页的Study on the Regression Rate of Paraffin-Based Hybrid Rocket Fuels”公开了一种固体燃料扩散燃烧观察装置，包括由两个由石英玻璃制成的透明窗、热电偶、温度传感器、燃烧室、燃料条、氧化剂入口通道、氮气入口通道，热电偶安装在燃烧室上壁面的左侧，温度传感器均匀布置在燃烧室下壁面，氧化剂入口安装在燃烧室右侧壁面，氮气入口安装在燃烧室左壁面，燃烧室左壁面连接排气管道，燃烧室上下两个壁面设计成“T”形，凸出的部分安装在燃烧室内侧，燃烧室上下两壁面分别与前后两壁面通过螺栓连接，并通过垫圈将两块石英玻璃密封在上下“T”形壁面与前后壁面形成的凹槽中，燃料条放置在两块石英玻璃之间。
将燃料条置于观察窗之间，打开氧化剂和氮气的气阀，调整高速相机使其可清晰观察到整个燃料条和燃烧腔室，打开温度传感器采集系统，接通热电偶，通过高速相机的记录结果可观察到固体燃料的扩散燃烧。
文献公开的固体燃料扩散燃烧观察装置存在以下缺陷：
一、燃烧室左侧壁面通过排气管直接与大气相连，不存在节流装置，只能观察大气压强下燃料的扩散燃烧，无法观察固液混合发动机工作状态下燃料的扩散燃烧。
二、氧化剂通过细小圆管通入燃烧室，圆管尺寸较小，不能保证氧化剂平吹燃料药条，导致燃料在垂直观察窗面向内这一方向燃料条前后退移速率不一致，影响实验观察结果。
发明内容
为了克服现有观察装置实用性差的不足，本发明提供一种固体燃料扩散燃烧观察装置。该装置包括进气腔、加热器、燃料条、燃烧室、透明窗、流量调节装置、爆破片、进气壁面和出口壁面，所述进气腔的进气管道与燃烧室连接的一端是方形，进气腔的进气管道与外接管道连接的一端是圆形，进气腔固连在燃烧室进气壁面上，加热器包裹在进气腔的凹槽上，所述流量调节装置的收缩段和扩张段最大尺寸与出口壁面收缩孔的最小尺寸相同，流量调节装置通过压螺固定在燃烧室出口壁面上方，爆破片固定在流量调节装置与压螺之间。由于进气腔方形进气管道与燃料条长宽尺寸相同，保证了氧化剂气体平吹在燃料条表面，解决了垂直透明窗方向燃料退移速率不一致的问题；加热器和流量调节装置便于观察不同固液混合发动机，在不同温度氧化剂工作条件下燃料的扩散燃烧；爆破片解决了点火药量过多对固体燃料燃烧特性的干扰问题，实用性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种固体燃料扩散燃烧观察装置，其特点是包括进气腔1、加热器2、点火压螺3、测压嘴4、燃料条5、燃烧室6、透明窗7、流量调节装置8、压螺9、凹槽10、爆破片11、点火座12、点火药包13、进气壁面14、出口壁面15、盖板16、底面17及侧面18。所述进气腔1的进气管道与燃烧室6连接的一端是方形，进气腔1的进气管道与外接管道连接的一端是圆形，进气腔1固连在燃烧室6的进气壁面14上，加热器2包裹在进气腔1外侧的凹槽上，点火压螺3通过螺纹与焊接在盖板16上的点火座12连接，点火药包13通过棉线悬置在顶盖左侧通孔内，测压嘴4通过焊接的方式与盖板16连接，凹槽10开在底面17中间位置，压螺9通过螺纹与出口壁面15连接，所述流量调节装置8的收缩段和扩张段最大尺寸与出口壁面15收缩孔的最小尺寸相同，流量调节装置8通过压螺9固定在燃烧室6的出口壁面15上方，爆破片11固定在流量调节装置8与压螺9通孔之间。透明窗7、进气壁面14、出口壁面15、底面17和侧面18通过焊接连接形成底腔，燃烧室盖板16与底腔通过螺钉连接，燃料条5放置在底腔的凹槽10中，进气腔1方形进气管道与燃料条5长宽尺寸相同。
本发明的有益效果是：该装置包括进气腔、加热器、燃料条、燃烧室、透明窗、流量调节装置、爆破片、进气壁面和出口壁面，所述进气腔的进气管道与燃烧室连接的一端是方形，进气腔的进气管道与外接管道连接的一端是圆形，进气腔固连在燃烧室进气壁面上，加热器包裹在进气腔的凹槽上，所述流量调节装置的收缩段和扩张段最大尺寸与出口壁面收缩孔的最小尺寸相同，流量调节装置通过压螺固定在燃烧室出口壁面上方，爆破片固定在流量调节装置与压螺之间。由于进气腔方形进气管道与燃料条长宽尺寸相同，保证了氧化剂气体平吹在燃料条表面，解决了垂直透明窗方向燃料退移速率不一致的问题；加热器和流量调节装置便于观察不同固液混合发动机，在不同温度氧化剂工作条件下燃料的扩散燃烧；爆破片解决了点火药量过多对固体燃料燃烧特性的干扰问题，实用性好。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明固体燃料扩散燃烧观察装置的剖视图。
图2是图1的A向剖视图。
图3是图1的B向剖视图。
图4是图1中进气腔的主视图。
图5是图1中进气腔的主视图整体剖视图。
图6是图1中盖板的主视图。
图7是图1中盖板的主视图整体剖视图。
图8是图1中压螺的主视图。
图9是图1中压螺的主视图整体剖视图。
图10是图1中点火压螺的主视图。
图11是图1中点火压螺的主视图整体剖视图。
图12是图1中流量调节装置的主视图。
图13是图1中流量调节装置的主视图整体剖视图。
图14是图1中透明窗开窗侧面的主视图。
图15是图1中透明窗开窗侧面的主视图整体剖视图。
图16是图1中透明窗开窗侧面挡板的主视图。
图17是图1中透明窗开窗侧面挡板的主视图整体剖视图。
图中，1-进气腔，2-加热器，3-点火压螺，4-测压嘴，5-燃料条，6-燃烧室，7-透明窗，8-流量调节装置，9-压螺，10-凹槽，11-爆破片，12-点火座，13-点火药包，14-进气壁面，15-出口壁面，16-盖板，17-底面，18-侧面。
具体实施方式
以下实施例参照图1～17。
本发明固体燃料扩散燃烧观察装置包括进气腔1、加热器2、点火压螺3、测压嘴4、燃料条5、燃烧室6、透明窗7、流量调节装置8、压螺9、凹槽10、爆破片11、点火座12、点火药包13、进气壁面14、出口壁面15、底面17、盖板16及侧面18。所述进气腔1的进气管道与燃烧室6连接的一端是方形，进气腔1的进气管道与外接管道连接的一端是圆形，进气腔1固连在燃烧室6的进气壁面14上，加热器2包裹在进气腔1外侧的凹槽上，点火压螺3通过螺纹与焊接在盖板16上的点火座连接，点火药包13通过棉线悬置在顶盖左侧通孔内，测压嘴4通过焊接的方式与盖板16连接，凹槽10开在底面17中间位置，压螺9通过螺纹与出口壁面15连接，所述流量调节装置8的收缩段和扩张段最大尺寸与出口壁面15收缩孔的最小尺寸相同，流量调节装置8通过压螺9固定在燃烧室6的出口壁面15上方，爆破片11固定在流量调节装置8与压螺9通孔之间。透明窗7、进气壁面14、出口壁面15、底面17和侧面18通过焊接连接形成底腔，燃烧室盖板16与底腔通过螺钉连接，燃料条5放置在底腔的凹槽10中，进气腔1方形进气管道与燃料条5长宽尺寸相同。
所述的进气腔1，侧面段有外螺纹，通过旋转固定在进气壁面14上。
所述的流量调节装置8，中间位置开有包括收缩段和扩张段的通孔，通过石墨垫片密封在压螺9的大直径内孔中。
所述的压螺9，侧面段有外螺纹，通过旋转固定在出口壁面15上，中间位置开有台阶状通孔，通过石墨垫片固定流量调节装置8和爆破片9。
所述的点火压螺3，侧面段开有外螺纹，通过旋转固定在点火座12上，中间位置开有圆梯形通孔，圆梯部分用于放置固定点火丝的聚四氟乙烯点火锥。
所述的盖板16，四周开有20个相同直径的通孔，螺钉通过通孔将盖板16与底腔固定，中间偏左和偏右两侧分别开有不同直径的通孔，点火座12和测压嘴4分别焊接在左右通孔正上方，点火药包13放置在左侧大尺寸孔下侧。
所述的透明窗7，由开窗侧面、开窗侧面挡板和石英玻璃三部分组成，开窗侧面上下开有6个内螺纹孔，开窗侧面挡板上下开有6个通孔，通过螺钉将开窗盒开窗侧面挡板连接，石英玻璃通过垫圈密封在开窗侧面和开窗侧面挡板之间的空隙中。
观察固体燃料扩散燃烧时，将燃料条5放置在底腔凹槽10中，将点火头通过点火压螺3固定在盖板16左侧通孔上侧，将点火药包13通过棉线悬置在盖板16左侧通孔下侧，将压力传感器旋转连接在测压嘴4上，通过螺钉将盖板16与底腔连接，进气腔1旋转连接进气壁面14，将爆破片11和流量调节装置8先后放置在压螺9的阶梯型内孔，旋转压螺9连接出口壁面15。将加热后一定质量流率的氧化剂气体通过管路接口由进气腔1通入燃烧室6，等到燃烧室6内压强稳定后，关闭通气阀，打开相机或光谱仪，接通电源使点火器引燃燃料柱，冲破爆破片，氧气直吹分解气体，并携带分解气体在燃料柱上方发生扩散燃烧，待燃料柱燃烧完全后结束测试。由高速相机和光谱仪测量的结果，分析固液混合发动机的扩散燃烧，并根据燃料柱的尺寸计算退移速率。

Claims (1)

1.一种固体燃料扩散燃烧观察装置，其特征在于：包括进气腔(1)、加热器(2)、点火压螺(3)、测压嘴(4)、燃料条(5)、燃烧室(6)、透明窗(7)、流量调节装置(8)、压螺(9)、凹槽(10)、爆破片(11)、点火座(12)、点火药包(13)、进气壁面(14)、出口壁面(15)、盖板(16)、底面(17)及侧面(18)；所述进气腔(1)的进气管道与燃烧室(6)连接的一端是方形，进气腔(1)的进气管道与外接管道连接的一端是圆形，进气腔(1)固连在燃烧室(6)的进气壁面(14)上，加热器(2)包裹在进气腔(1)外侧的凹槽上，点火压螺(3)通过螺纹与焊接在盖板(16)上的点火座(12)连接，点火药包(13)通过棉线悬置在顶盖左侧通孔内，测压嘴(4)通过焊接的方式与盖板(16)连接，凹槽(10)开在底面(17)中间位置，压螺(9)通过螺纹与出口壁面(15)连接，所述流量调节装置(8)的收缩段和扩张段最大尺寸与出口壁面(15)收缩孔的最小尺寸相同，流量调节装置(8)通过压螺(9)固定在燃烧室(6)的出口壁面(15)上方，爆破片(11)固定在流量调节装置(8)与压螺(9)通孔之间；透明窗(7)、进气壁面(14)、出口壁面(15)、底面(17)和侧面(18)通过焊接连接形成底腔，燃烧室(6)的盖板(16)与底腔通过螺钉连接，燃料条(5)放置在底腔的凹槽(10)中，进气腔(1)方形进气管道与燃料条(5)长宽尺寸相同。
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