CN113109498B - 一种用于淬熄试验的等压燃烧装置 - Google Patents

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    • G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion

Abstract

一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，包括壳体、稳压腔、主燃烧腔、副燃烧腔等；壳体端部沿周向均匀分布若干副燃烧腔，壳体内设置主燃烧腔、稳压腔；主燃烧腔侧壁设置进气孔，主燃烧腔与各副燃烧腔连通，主燃烧腔与副燃烧腔之间为淬熄通道；主燃烧腔与稳压腔之间用膜片隔开；主燃烧腔和副燃烧腔内预先充入均匀混合的可燃气体，稳压腔内为氮气，主燃烧腔、副燃烧腔、稳压腔内初始压力相同；每个副燃烧腔的侧壁装有热电偶，副燃烧腔末端安装光学玻璃窗。本发明的装置用于在恒定燃烧压力环境中进行淬熄试验，能够实现0～10MPa的等压燃烧。

Description

一种用于淬熄试验的等压燃烧装置
技术领域
本发明涉及一种等压燃烧装置。
背景技术
在紧邻固体壁面的薄层内，燃烧反应会被抑制，即在壁面发生淬熄。对于流通管道，当通道截面的特征尺度小于临界值时，整个流道都处于淬熄薄层内，则火焰无法将在通道中传播而发生熄灭。火焰恰好发生淬熄时，通道截面的特征尺度称为淬熄临界尺度。掌握淬熄临界尺度是利用淬熄效应(如燃烧装置喷注器、阻火器设计)的基础。
淬熄临界尺度与燃烧压力、反应物组份、混合比、初始温度等燃烧参数以及淬熄壁面初温有关。由于高压燃烧固有的危险性，传统的淬熄试验方法是将淬熄结构置于等容燃烧腔(即燃烧弹)中，等容燃烧的压力随时间剧烈波动，因此无法准确反映燃烧压力与淬熄临界尺度的函数关系。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，用于在恒定燃烧压力环境中进行淬熄试验，能够实现0～10MPa的等压燃烧，并能够利用温度信号和化学反应发光准确判定淬熄，用于在等压条件下进行燃烧淬熄试验研究。
本发明所采用的技术方案是：一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，包括壳体、稳压腔、凸轮、切膜刀、膜片、电爆丝引脚、电爆丝、主燃烧腔、热电偶、光学玻璃窗、转轴、进气孔、副燃烧腔；
壳体端部沿周向均匀分布若干副燃烧腔，各副燃烧腔均沿壳体的纵向设置，壳体内设置主燃烧腔、稳压腔；主燃烧腔侧壁设置进气孔，主燃烧腔与各副燃烧腔连通，主燃烧腔与副燃烧腔之间为淬熄通道；主燃烧腔与稳压腔之间用膜片隔开；主燃烧腔和副燃烧腔内预先充入均匀混合的可燃气体，稳压腔内为氮气，主燃烧腔、副燃烧腔、稳压腔内初始压力相同；
电爆丝通过电爆丝引脚固定在主燃烧腔侧壁上，电爆丝位于膜片一侧；膜片另一侧安装切膜刀，凸轮通过转轴安装在稳压腔的侧壁上，凸轮能够推动切膜刀进给；
每个副燃烧腔的侧壁装有热电偶，副燃烧腔末端安装光学玻璃窗。
一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，还包括压帽、螺栓、金属箔垫片，各副燃烧腔伸入主燃烧腔内的端口处分别安装压帽，指定厚度的金属箔垫片垫在压帽和副燃烧腔入口之间，螺栓依次穿过压帽、金属箔垫片固定在副燃烧腔入口上，压帽与副燃烧腔入口之间形成指定宽度的淬熄通道。
切膜刀上设置阵列孔。
稳压腔的容积大于主燃烧腔的容积的100倍。
旋转转轴，带动凸轮推动切膜刀进给，切膜刀切断膜片的同时电爆丝通电，引燃主燃烧腔内的混合气体；混合气体燃烧膨胀，燃烧产物经过切膜刀上的阵列孔泄出到稳压腔。
根据热电偶采集的温度信号和高速摄影机采集到的光学玻璃窗的图像，判断哪些副燃烧腔内发生点火，判断对应的淬熄通道是否发生淬熄。
膜片的材料为涤纶。
副燃烧腔的数量为4个。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的等压燃烧装置的燃烧压力稳定。通过瞬间连通燃烧腔与大容积的惰性气体稳压腔，克服了定容燃烧方式压力剧烈波动的缺点，燃烧压力得以保持稳定。能够更准确地获得淬熄效应与压力的关系。
(2)本发明的等压燃烧装置的淬熄判定准确。每个观测工位上都装有热电偶和观察窗，当燃烧波穿过淬熄结构进入副燃烧腔时，热电偶将检测到升温，同时高速摄影将记录下副燃烧腔内的燃烧发光。两种方式相互比对，提高了淬熄判定的准确性。
(3)本发明的等压燃烧装置的试验效率高。本装置拥有4个观测工位，可以同时安装4个不同尺度的淬熄结构，一次点火即可测试4个试验件，试验效率优于传统单个工位的燃烧装置。
附图说明
图1为等压燃烧系统剖面图。
图2为光学观测视图。
图3为主燃烧腔局部放大图。
图4为淬熄狭缝局部放大图。
具体实施方式
结合附图对本发明进行说明。
如图1～4所示，一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，包括壳体、稳压腔1、凸轮2、切膜刀3、膜片4、电爆丝引脚5、电爆丝6、主燃烧腔7、热电偶8、光学玻璃窗9、金属箔垫片10、转轴11、进气孔12、压帽13、螺栓14、副燃烧腔15；
壳体端部沿周向均匀分布若干副燃烧腔15，各副燃烧腔15均沿壳体的纵向设置，壳体内设置主燃烧腔7、稳压腔1；主燃烧腔7侧壁设置进气孔12，主燃烧腔7与各副燃烧腔15连通，主燃烧腔7与副燃烧腔15之间为淬熄通道；主燃烧腔7与稳压腔1之间用涤纶膜片4隔开；主燃烧腔7和副燃烧腔15内预先充入均匀混合的可燃气体，稳压腔1内为氮气，主燃烧腔7、副燃烧腔15、稳压腔1内初始压力相同；
电爆丝6通过电爆丝引脚5固定在主燃烧腔7侧壁上，电爆丝6位于涤纶膜片4一侧；涤纶膜片4另一侧安装切膜刀3，凸轮2通过转轴11安装在稳压腔1的侧壁上，凸轮2能够推动切膜刀3进给；
每个副燃烧腔15的侧壁装有热电偶8，副燃烧腔15末端安装光学玻璃窗9。
试验前，主燃烧腔7与稳压腔1之间以涤纶膜片4隔开。主燃烧腔7和副燃烧腔15内为预先混合均匀的可燃气体，稳压腔1内为氮气，各腔初始压力相同。试验开始时，旋转转轴11，带动凸轮2推动切膜刀3进给，切膜刀3切断涤纶膜片4的同时电爆丝6通电，引燃主燃烧腔7内的混气。混气燃烧膨胀，燃烧产物经过切膜刀3上的阵列孔泄出到稳压腔1。由于稳压腔1的容积远大于主燃烧腔7，因此稳压腔1的压力能够保持相对稳定，从而使主燃烧腔7的压力也保持稳定。
主燃烧腔7与4个并列的副燃烧腔15之间为淬熄通道。以狭缝式淬熄结构为例，将指定厚度的圆环形金属箔垫片10垫在压帽13和副燃烧腔15入口之间，用螺栓14穿过金属箔垫片10并旋紧。此时压帽13与副燃烧腔15入口之间形成指定宽度的狭缝式淬熄通道。
每个副燃烧腔15的侧壁装有一个热电偶8，副燃烧腔15末端为光学玻璃窗9。如果淬熄失败，则火焰穿过淬熄通道传入副燃烧腔15，副燃烧腔中的气体将被点燃。热电偶8将检测到温升，高速摄影机捕捉到透过光学玻璃窗9的燃烧发光。4个光学玻璃窗9并列排布，可用一台高速摄影机同时拍摄4个副燃烧腔15。
将整个燃烧装置抽真空后，在稳压腔1和主燃烧腔7中分别填充氮气和可燃混气至目标燃烧压力。旋转转轴11，带动凸轮2推动切膜刀3前进，切膜刀3的环状锯齿刀刃切断涤纶膜片4的同时，给电爆丝6通电，引燃主燃烧腔7内的混气。根据热电偶8采集的温度信号和高速摄影图像判断哪些副燃烧腔15内发生点火，从而判断对应的淬熄结构是否发生淬熄。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，包括壳体、稳压腔(1)、凸轮(2)、切膜刀(3)、膜片(4)、电爆丝引脚(5)、电爆丝(6)、主燃烧腔(7)、热电偶(8)、光学玻璃窗(9)、转轴(11)、进气孔(12)、副燃烧腔(15)；
壳体端部沿周向均匀分布若干副燃烧腔(15)，各副燃烧腔(15)均沿壳体的纵向设置，壳体内设置主燃烧腔(7)、稳压腔(1)；主燃烧腔(7)侧壁设置进气孔(12)，主燃烧腔(7)与各副燃烧腔(15)连通，主燃烧腔(7)与副燃烧腔(15)之间为淬熄通道；主燃烧腔(7)与稳压腔(1)之间用膜片(4)隔开；主燃烧腔(7)和副燃烧腔(15)内预先充入均匀混合的可燃气体，稳压腔(1)内为氮气，主燃烧腔(7)、副燃烧腔(15)、稳压腔(1)内初始压力相同；
电爆丝(6)通过电爆丝引脚(5)固定在主燃烧腔(7)侧壁上，电爆丝(6)位于膜片(4)一侧；膜片(4)另一侧安装切膜刀(3)，凸轮(2)通过转轴(11)安装在稳压腔(1)的侧壁上，凸轮(2)能够推动切膜刀(3)进给；切膜刀(3)上设置阵列孔，混合气体燃烧膨胀，燃烧产物经过切膜刀(3)上的阵列孔泄出到稳压腔(1)；
每个副燃烧腔(15)的侧壁装有热电偶(8)，副燃烧腔(15)末端安装光学玻璃窗(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，还包括压帽(13)、螺栓(14)、金属箔垫片(10)，各副燃烧腔(15)伸入主燃烧腔(7)内的端口处分别安装压帽(13)，指定厚度的金属箔垫片(10)垫在压帽(13)和副燃烧腔(15)入口之间，螺栓(14)依次穿过压帽(13)、金属箔垫片(10)固定在副燃烧腔(15)入口上，压帽(13)与副燃烧腔(15)入口之间形成指定宽度的淬熄通道。
3.根据权利要求2所述的一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，稳压腔(1)的容积大于主燃烧腔(7)的容积的100倍。
4.根据权利要求3所述的一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，旋转转轴(11)，带动凸轮(2)推动切膜刀(3)进给，切膜刀(3)切断膜片(4)的同时电爆丝(6)通电，引燃主燃烧腔(7)内的混合气体。
5.根据权利要求4所述的一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，根据热电偶(8)采集的温度信号和高速摄影机采集到的光学玻璃窗(9)的图像，观察各副燃烧腔(15)内是否发生点火，判断对应的淬熄通道是否发生淬熄。
6.根据权利要求5所述的一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，膜片(4)的材料为涤纶。
7.根据权利要求6所述的一种用于淬熄试验的等压燃烧装置，其特征在于，副燃烧腔(15)的数量为4个。
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