CN217107286U - 一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于内燃机领域，并具体公开了一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，包括定容弹组件、火花塞组件、微波组件和光学摄影组件，定容弹组件包括定容弹腔体，其上下端面用于接入火花塞组件，左右端面用于进出气以及接入微波组件，前后端面用于光学摄影组件进行光学拍摄；微波组件包括依次连接的微波产生单元、过渡波导、相位调制器和微波天线，两根微波天线分别从定容弹左右端面伸入，且对置设置、间距可调；磁控管用于产生微波；过渡波导用于传输微波，其上连接有三销钉调谐器；相位调制器用于调节两根微波天线中微波的相位差。本实用新型可提高微波传输效率，并实现不同工况的燃烧实验，探究微波辅助点火的高效耦合应用。

Description

一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统

技术领域

本实用新型属于内燃机领域，更具体地，涉及一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统。

背景技术

传统火花塞点火，主要在化学当量比附近点燃压缩后的可燃混合气体，在此过程中燃料利用率低，而且不充分的燃烧过程产生了大量有害物质，加剧了环境污染。近年来基于微波等离子体的点火技术、点火装置逐渐展现其潜力。与传统点火方式相比，微波辅助点火具有许多优势：可以缩短点火时间，提升火焰传播速度；可以点燃稀薄混合气，使燃料燃烧更加充分，循环热效率大大提高。从而可以大幅降低油耗，同时降低CO、SOx、NOx等污染气体和CO₂温室气体的排放量，减排效果明显。

微波辅助点火的物理化学机理仍缺乏深层次的研究，同时在应用之前进行大量实验研究分析十分重要。针对微波辅助点火，设计灵活可调的燃烧试验装置，能为研究微波辅助效果及影响因素提供必要条件，进一步可以改进微波辅助点火方案，提高点火效率。但目前实验装置仍存在以下不足：微波馈入点和正极高压点间距不可调；馈入的微波场分布不均，利用效率低；微波和高压电耦合效果不佳；燃料与空气混合不充足且液体燃料与气体燃料需置于不同的混合实验装置中，使设备结构复杂控制困难；定容燃烧弹内无法实现温度均衡。

微波天线在发射微波的同时也会接收经折射、反射后的微波，两路微波形成随时间变化的、不稳定能量区域，天线同时发出和接收微波，因而波导内形成不稳定的微波驻波。驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波谷处的电压幅值Vmin之比。驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比大于1，表示有一部分微波被反射回来，最终变成热量，使得微波天线升温；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。因此在微波传输线路中要匹配合适阻抗，使得驻波比尽可能趋近1，进而尽可能减少能量损耗，提高微波传输效率。

专利CN106762330A中将中心导体(即馈入微波的天线)同时作为接地电极，与火花塞系统的正极对齐。此方法使得正极与接地电极的距离等于正极与微波发射点的距离，无法探究电极间距、微波馈入位置对辅助点火的作用以及它们之间的相互影响；此外在传输微波的同时接地，导致击穿过程中微波天线烧蚀较严重。

专利CN102631850A公开了一种适用于两种气体混合的气体混合器，其环形管设计有利于所述气体在多个小空间内混合，其锥形设计有利于气体流速的改变从而混合更加充分。但是由于装置仅适用于气体间的混合且混合过程短，不利于气体之间的完全混合；加之该装置不能控制混合器中气体的温度，其混合气体在传输过程中会出现一定的分离现象。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其目的在于，提高微波传输效率，同时可单独调整微波天线的馈入位置，实现不同工况的燃烧实验，探究微波辅助点火的高效耦合应用。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，包括定容弹组件、火花塞组件、微波组件和光学摄影组件，其中：

所述定容弹组件包括定容弹腔体，该定容弹腔体的上下端面用于接入所述火花塞组件；左右端面用于进出气以及接入所述微波组件；前后端面用于光学摄影组件的光路通过，对定容弹腔体内部进行光学拍摄；

所述微波组件包括依次连接的微波产生单元、过渡波导、相位调制器和微波天线，其中，两根所述微波天线分别从定容弹腔体左右端面伸入，两根微波天线对置设置，且其间距可调；所述微波产生单元用于产生微波；所述过渡波导用于传输微波，且其上连接有三销钉调谐器，该三销钉调谐器用于调节微波驻波比；所述相位调制器用于调节两根微波天线中微波的相位差。

作为进一步优选的，所述定容弹腔体内部下端面为抛物面，该抛物面为轴对称的二次曲面反射面。

作为进一步优选的，所述定容弹腔体的前后端面设有石英视窗，该石英视窗内表面覆盖有ITO膜。

作为进一步优选的，所述火花塞组件包括火花塞正极和火花塞接地级，所述火花塞接地级从定容弹腔体下端面内侧伸出并接地，长度设为定长；所述火花塞正极从定容弹腔体上端面伸入，且伸入长度可调。

作为进一步优选的，所述定容弹腔体上安装有温度传感器和压力传感器。

作为进一步优选的，还包括预混组件，该预混组件用于产生、混合反应气体，并将其通入所述定容弹腔体中，其包括预混腔；

所述预混腔包括外层和内层，所述内层为上下尖、中间粗的双圆台，其中上端圆台为增压混合段，下端圆台为减压混合段；所述减压混合段下端连接有主进气输入管，该主进气输入管上设有正向旋流器；

环绕所述减压混合段设有环形导流管，且环形导流管与减压混合段通过锥形加压管连接，该锥形加压管的轴心偏离环形导流管横截面的径向方向；所述环形导流管上连接有次气体输入管。

作为进一步优选的，所述增压混合段和减压混合段间设有多孔隔板，该多孔隔板上开设有逆向旋流孔，该逆向旋流孔的轴线方向与内层轴线方向偏置。

作为进一步优选的，所述外层和内层之间为空层，该空层中填充有缓冲液；所述预混腔底部设有加热线圈，该加热线圈用于控制缓冲液温度。

作为进一步优选的，所述预混组件包括相互连接的两个预混腔。

作为进一步优选的，还包括温控电路，其用于控制加热线圈、气体传输管加热片以及定容弹加热片的温度与目标值保持一致；所述气体传输管加热片设置在所述预混腔和定容弹腔体之间的气体传输管上，所述定容弹加热片包裹在定容弹腔体外。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本实用新型采用电极与微波天线分离的方法，从而更容易控制试验变量，方便单独调整电极间距与微波天线馈入位置，利于全面探究点火过程中各要素对点火效果的影响，实现不同工况的燃烧实验，探究微波辅助点火的高效耦合应用。同时，通过调节三销钉调谐器进行线路中的阻抗匹配，使驻波比趋近于1，从而提高微波传输效率。

2.定容弹腔体形成一个微波谐振腔，两根微波天线的对置放置可以更好地使微波在谐振腔内干涉，使微波形成一个较为稳定的驻波场，通过调整天线间距离使驻波的强场区与火花塞正极、接地极的点火区间恰好重合，进而提高高压电与微波能量的耦合效率。

3.与火花塞正极相对的面(即下端面)采用抛物面设计，其为一个轴对称二次曲面反射面；则当微波源靠近焦点处时，可经抛物面反射得到特定空间的强场区。当微波天线发射源在抛物面的附近移动到相应的位置时，其聚焦的位置在抛物面口径的近场处。因此，调整微波天线间距、微波天线发射源与下端抛物面间距、微波天线发射源与火花塞正极间距，可实现两微波天线发射的两束微波在反射、干涉后在点火位置形成一个最大能量区域，从而提高点火微波辅助点火的效率。

4.在石英视窗外表面覆盖ITO膜，由于微波可以穿透石英玻璃，既对人体造成伤害，又造成了能量浪费。定容弹内部持续高温且高压电场与微波叠加，因此具有导电特性的ITO薄膜材料更适宜覆盖于石英窗外侧，一方面防止微波泄漏对人体造成伤害和能量损失，另一方面提高ITO薄膜耐用性。

5.本实用新型将预混腔内层设计为上下尖、中间粗的双圆台，从而使其分为增压段和减压段，空气正向旋入减压混合段，由于内径逐渐增加，器壁施加给气体的压力逐渐减小，使得气体进入内层内流速减缓，有更长时间进行混合，也更加稀薄，更容易混合；实现了气体压力、流速调节，从宏观上促进多种气体混合。

6.本实用新型在预混腔内设计了多级旋流，从而实现了主、次要气体的多次对流混合。具体的，通过正向旋流器、锥形加压导管、逆向旋流多孔隔板分别实现了主气体正向旋流、次气体逆向旋流、混合气体逆向旋流，其中正向旋流为主要的旋流方向，因此三级的旋流设置可以使两种气体混合得更加充分；从而增强定容弹中微波辅助点火研究的精度，能更准确地分析点火增强效果。

7.本实用新型不局限于混合气体的研究，也可以将液体燃料通入预混腔中，在目标温度下气化并与其他气体燃料进行充分混合，拓宽了点火燃料的研究范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统总体结构示意图；

图2为本实用新型实施例定容弹结构示意图，其中(a)-(c)分别是定容弹内部结构图及其C-C截面图、B-B截面图；

图3为本实用新型实施例预混腔结构示意图，其中(a)-(f)分别是预混腔内部结构图及其A-A截面图、B-B截面图、H处放大图、G处放大图、C-C截面图；

图4为本实用新型实施例预混腔内多级旋流三个面的旋流方向示意图；

图5为图4中环形导流管503面投影图；

图6为图4中旋流器508面投影图；

图7为图4中多孔隔板509面投影图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：定容弹腔体-101、微波反射抛物面-102、混合气通入管-103、石英视窗-104、压力传感器-105、温度传感器-106、可变接口-107、旋合器-108、ITO膜-109、通入管端口-110、火花塞正极-201、高压同轴连接器-202、点火线圈-203、火花塞接地级-204、微波天线-301、同轴连接器-302、相位调制器-303、定向耦合器-304、微波功率计-305、过渡波导-306、三销钉调谐器-307、磁控管-308、磁控管驱动线圈-309、钠光灯-401、滤光片-402、狭缝-403、入射平面镜-404、出射平面镜-405、高速摄像机-406、第一预混腔-501、第二预混腔-502、环形导流管-503、加热层-504、气体传输管-505、内层-506、主气体输入管-507、旋流器-508、多孔隔板-509、逆向旋流孔-509-1、次气体输入管-510、汽化的液体输入管-511，减压混合段-512、增压混合段-513、气体输出管-514、锥形加压管-515、加热油通入口-516、加热油内层入口-517、加热油排出口-518、空层-519、外层-520、操作平台-601、电子控制单元ECU-602、电源-603、信息接收端-604、温控电路-605、加热线圈-606、气体传输管加热片-607、定容弹加热片-608、三级电磁阀-609。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例提供的一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，如图1所示，包括定容弹组件、火花塞组件、微波组件、光学摄影组件、预混组件和电路控制组件，其中：

所述定容弹组件包括定容弹腔体101，该定容弹腔体101外部设计为多面体，这里以六面体为例，其下面立于实验桌上，左右端面主要用于进气与排气以及微波天线的接入，前后端面用于光路通过并进行光学拍摄，上端面主要用于火花塞正极接入与长度的调整。定容弹腔体101内部设计为非规则六面体，如图2所示，内部下端设有微波反射抛物面102，该微波反射抛物面102既较少吸收微波能量，又可以更好地反射微波、聚焦微波，进而将反射的微波汇聚于点火区域，实现微波能量的高效利用。需要说明的是，这里前后、左右、上下的表达仅为便于说明定容弹结构，可根据需要进行交换，只需采用相应的对置端面，保证其位置关系即可。

进一步的，定容弹腔体侧面设有定容弹加热片608，加热片连接温控电路，保证定容弹内温度可调。

进一步的，定容弹组件还包括温度传感器106(如热电偶)、压力传感器105等仪器；定容燃烧弹的左端面接混合气通入管103(其端面为通入管端口110，该通入管端口可保证混合气从定容弹抛物面的切向方向流入)，右侧端面接可变接口107用于废气排出。定容弹的燃烧环境由温度传感器106和压力传感器105获得，可变接口107接真空泵和火焰探测器，以获得更多燃烧信息。通过压力传感器和真空泵调节定容弹中的预设压强，同时在反应过程中进行实时监测压力、温度，可更真实地适应不同工况下的耦合点火实验。此外，混合气体燃烧完产生的废气可由真空泵接入可变接口抽出，为下一次燃烧检测做准备。需要降温时，可变接口接入风扇，实现定容弹内的快速降温。

所述火花塞组件包括火花塞正极201和火花塞接地级204，二者分别位于定容弹腔体上下端面，通过固定在定容弹上端面的旋合器108纵向调节火花塞正极201位置，从而控制正极与接地极之间的距离。电源603给点火线圈203供电，升压后经高压同轴连接器202将能量由火花塞正极馈入定容弹内部。

所述微波组件包括依次连接的磁控管驱动线圈309、微波产生单元(如磁控管308)、过渡波导306、定向耦合器304、相位调制器303、同轴连接器302和微波天线301，其中：两根微波天线301分别位于定容弹腔体左右端面，并可由与其连接的旋合器108调整两微波天线的间距。电源603给磁控管驱动线圈309供电，使得磁控管308可以产生相应频率的微波充当微波源。微波经由过渡波导306传输，其中过渡波导306与三销钉调谐器307连接。通过调节三销钉调谐器307进行传输波导中的阻抗匹配，进而控制驻波比、调节能量传输效率。调节三销钉调谐器307使驻波比接近1，此时能量传输效率最高，波导内损耗的能量以及微波反射回波导的能量最少。过渡波导306连接的定向耦合器304可以实现驻波比的监控以及入射、反射微波能量的测量。定向耦合器304有多个端口，其中，一端口连接微波功率计305，用来测量入射反射的能量，一端口连接三销钉调谐器307进行阻抗匹配，一端口连接相位调制器303。相位调制器303将输入的微波均分为两路携带相同能量的同频率微波，两路微波之间的相位差由相位调制器303调控，因此实验中可以观测定容弹腔体101内，两束同频但有相位差的两束波的干涉效果。经相位调制器303后两束微波经过同轴连接器302后分别进入两端的微波天线301，从而将微波能量馈入定容弹内部。

具体的，混合气体由混合气通入管103进入定容弹腔体101，火花塞组件产生升压信号，高电压由火花塞正极201和火花塞接地极203放电击穿稀薄混合燃气形成初始等离子体团，电子控制单元ECU602触发微波组件产生特定频率微波脉冲，由微波天线301向所述等离子体团中耦合能量以扩大等离子体团实现点火。调整微波天线301间距离、微波天线301尖端与火花塞正极201尖端间距，可实现两微波天线发射的两束微波在反射、干涉后在点火位置形成一个最大能量区域，从而提高微波辅助点火的效率。

更具体的，基于微波干涉的性质，定容弹内左右两侧接入等长的微波天线，通过控制电路使微波系统中磁控管产生微波，微波经过相位调制器输出两束相同频率、振幅，但相位差可调的微波。在定容燃烧弹内，两束微波满足相干条件，于是在馈入微波的瞬间在燃烧弹内形成干涉，进而在点火区域达到微波聚焦的效果。通过调整天线延长进入定容弹的长度，改变微波场在定容弹内的空间分布，寻找点火区间内微波作用效果最强时对应的天线长度。

所述光学摄影组件包括依次连接的钠光灯401、滤光片402、狭缝403、入射平面镜404、出射平面镜405、高速摄像机406。滤光片402的切换可以实现不同背景光的纹影法摄影。由钠光灯401发光，光束经滤光片402后，射入狭缝403。一般来说狭缝越小所摄图片的边缘越细节化，滤光片和狭缝的设置使得高速摄像机等光学探测仪器接收更加准确的光学信息。光线经入射平面镜404反射后，经石英视窗104进入定容弹，随后经出射平面镜405反射后被高速摄像机406接收。摄像机将拍摄的图片回传给操作平台(电脑)601，实现燃烧可视化。

进一步的，石英视窗104设置在定容弹腔体的前后端面，石英视窗104内表面覆盖一层ITO膜109。由于微波可以穿透石英玻璃，既对人体造成伤害，又导致了能量浪费。因此，在本实用新型的优选实施例中，利用高透光率高电导率的ITO薄膜材料覆盖石英窗，从而防止微波泄漏对人体造成伤害和能量损失。

具体的，定容燃烧弹的前后两个对面中心为半径25cm的全石英圆形玻璃窗，利于光线的穿透与观察。石英玻璃JGS2具有良好的透光性和较低的折射率，能够承受800～1000MPa的抗压强度，49MPa的抗压强度，软化点温度2000K，短时最高温度1700K，热膨胀系数为5.4×107。此外，根据不同燃料火焰颜色的不同，可选择相应的滤光片放置在钠光灯与平面镜之间，使得高速摄像机等光学探测仪器接收更加准确的光学信息，更加准确形象地对燃烧过程进行研究。

所述预混组件用于产生、混合预定目标温度和压力的反应气体，并通过气体传输管和混合气通入管103通入定容弹腔体101中；预混组件包括预混腔，优选为两个预混腔(即出入口连接的第一预混腔501和第二预混腔502)，以下以一个预混腔为例进行结构说明：

如图3所示，预混腔分为内外两层，外层520为规则圆柱体，内层506为上下两个圆台地面相贴的双圆台形状，内外层之间的空层519填充缓冲液(以加热油为例)，用于控制预混腔内的恒定温度，从而控制混合气的温度，并防止汽化的液体燃料二次液化。预混腔底部为加热层504，其中有加热线圈606置于其中，加热线圈606内的电阻丝温度由温控电路605控制。缓冲液由液压泵经加热油通入口516单向泵入加热层504，加热油在加热线圈606的作用下升温至特定温度，当加热油充满加热层504后经加热油内层入口517进入空层519，当加热油充满空层519后经加热油排出口518排出预混腔外。

进一步的，排出预混腔的加热油经历循环过程再次经加热油通入口516进入空层519。在节约加热油同时，能够高效地保证预混腔内的恒温油浴。经此过程，特定温度的加热油在空层519中充当缓冲液，通过对加热线圈606的温度控制实现空层519的油浴加热控制，进而控制在内腔内混合的气体的温度，实现气体的快速混合。

预混腔的内层506为上下尖，中间粗的双圆台，上端圆台为增压混合段513，下端圆台为减压混合段512。在主气体输入管507末端设有正向旋流器508，如图6所示。主气体通过主进气输入管507经正向旋流器508形成内层506中的正向旋流。空气正向旋入减压混合段512，由于内径逐渐增加，器壁施加给气体的压力逐渐减小，使得气体进入内层506内流速减缓，更加稀薄。然后气体经增压混合段513增压，由预混腔上端的气体输出管514输出。

预混腔内设有环绕减压混合段的环形导流管503，在环形导流管503与减压混合段之间设有锥形加压管515，其中锥形加压管515的轴心偏离圆截面的径向方向，如图5所示。次反应气体经过次气体输入管510通入环形导流管503内，随后经锥形加压管515进入内层506腔体之中。气体在内径逐渐减小的锥形加压管515中流动，流速增快，从多点进内层506后明显受压降的影响会向四周扩散，同时锥形加压管515的偏向方向设置使射入内层506的气体形成逆向环流，从而与内层内正向旋流的主要气体对流，实现两种气体的高效、迅速混合。

圆台接近进512、513交界处的位置设有多孔隔板509，使得混合气体经隔板后均匀分布流动。其中多孔隔板509的孔洞为逆向旋流孔509-1，用于促进混合，如图7所示，逆向旋流孔的轴线方向与内腔轴线方向偏置，形成气体的逆向旋流。

经过对预混腔的上述设计，如图4所示，形成了多级旋流装置，可实现主次要混合气体的多次对流混合。正向旋流器508、锥形加压管515、多孔隔板509分别实现了主气体正向旋流、次气体逆向旋流、混合气体逆向旋流，其中正向旋流为主要的旋流方向，因此三级的旋流设置可以使两种气体混合得更加充分。

所述电路控制组件包括三个子系统，即反应物控制子系统、燃烧过程控制子系统、三路控制子系统，其中：

反应物控制子系统用以控制反应燃料混合过程，其根据三级电磁阀进行调节，预混系统中，依据不同的实验原料，通过反应物控制子系统调节三级进气阀的通路情况，从而调节燃油或燃气的流量，进而调节喷入燃烧装置中燃烧的燃油或燃气和空气的比例，从而实现不同工质的燃烧实验。

燃烧过程控制子系统中通过温控电路控制以下三处温度与目标值保持一致：其一为定容弹外包裹的加热片，其二为预混腔加热层中的加热线圈，其三为气体传输管道外包裹的加热片。加热油升温实现油浴加热下的气体混合，同时保证混合气传输过程中的温度恒定，确保每次点火实验前反应气温度可控。三路控制子系统用以控制高压电产生、微波的发射、高速摄像机的拍摄。三路控制子系统通过ECU发出三路存在特定相差的同步脉冲信号，第一路脉冲信号触发所述火花塞系统产生脉冲高电压用于放电击穿稀薄混合燃气形成初始等离子体团；第二路脉冲信号触发所述微波系统产生特定频率及特定功率的微波脉冲向所述等离子体团中耦合能量以扩大等离子体团实现点火；第三路脉冲信号触发所述光学系统透过所述定容弹系统的石英窗聚焦于微波天线与高压电极中心开始拍摄，记录所述高压放电击穿稀薄混合燃气形成初始等离子体团以及微波脉冲向所述等离子体团中耦合能量以扩大等离子体团实现点火后火焰发展的全过程。火花塞系统、微波系统和光学摄影系统均由电路控制系统控制，且存在特定相位差，达到高压点火、微波能量馈入与光学摄影时序的匹配，实现微波能量吸收最大且光学摄影所得图像清晰完整的目的。

具体的，电路控制组件包括操作平台601(如电脑)、电子控制单元ECU602、电源603、信息接收端604、温控电路605、加热线圈606、气体传输管加热片607、定容弹加热片608、三级电磁阀609。

三级电磁阀609均连接到操作平台601，可由操作平台601中的燃料气体积设置控制，其中：第一级电磁阀作用于第一预混腔501，控制原料气体的通入比例，分别位于主气体输入管507、次气体输入管510、汽化的液体输入管511之上；根据所设置的燃料气体当量比，相关的第一级电磁阀的开关有效地保证了所设置的燃料气体体积以及比例。第二级电磁阀作用于第二预混腔502，控制混合气的二次预混。如果燃料气涉及多于两种气体的混合或者涉及液体的混合，那么第二级电磁阀可以控制第二个预混腔中的次气体输入管510及汽化的液体输入管511的开关，使多种燃料气与一次混合气再次进行混合。第三级电磁阀作用于第二个预混腔和定容弹腔体之间的混合气传输线路，具体为气体输出管514和混合气通入口之间的气体传输管505。

当操作平台设置好实验原料的混合比例后，温控电路605连接的定容弹加热片608、气体传输管加热片607、加热线圈606升温至同一个温度，保证通体在混合过程中、传输过程中、反应前的温度在可控可调范围内。加热油通入预混腔的加热层504，完成混合腔的预热；随后原料气按比例经过电磁阀通入预混腔。

综上，本实用新型设计的微波辅助点火可视化实验系统通过光学手段探究微波与等离子体作用下火花塞点火的点火效果，通过微波系统测量微波利用率与点火的关系，并研究不同工况下、不同当量比下微波辅助点火的效果。通过改变微波馈入相位差、馈入时间、馈入空间位置以及火花塞两极距离等因素，实现不同工况的燃烧实验，探究微波利用率高且点火效果最好的点火参数。同时改进了气体、液体燃料的混合装置以及传输装置，利于更好地混合实验原料，从而获得更明显突出的实验现象。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，包括定容弹组件、火花塞组件、微波组件和光学摄影组件，其中：

所述定容弹组件包括定容弹腔体(101)，该定容弹腔体(101)的上下端面用于接入所述火花塞组件；左右端面用于进出气以及接入所述微波组件；前后端面用于光学摄影组件的光路通过，对定容弹腔体(101)内部进行光学拍摄；

所述微波组件包括依次连接的微波产生单元、过渡波导(306)、相位调制器(303)和微波天线(301)，其中，两根所述微波天线(301)分别从定容弹腔体(101)左右端面伸入，两根微波天线(301)对置设置，且其间距可调；所述微波产生单元用于产生微波；所述过渡波导(306)用于传输微波，且其上连接有三销钉调谐器(307)，该三销钉调谐器(307)用于调节微波驻波比；所述相位调制器(303)用于调节两根微波天线(301)中微波的相位差。

2.如权利要求1所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述定容弹腔体(101)内部下端面为抛物面，该抛物面为轴对称的二次曲面反射面。

3.如权利要求1所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述定容弹腔体(101)的前后端面设有石英视窗(104)，该石英视窗(104)内表面覆盖有ITO膜(109)。

4.如权利要求1所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述火花塞组件包括火花塞正极(201)和火花塞接地级(204)，所述火花塞接地级(204)从定容弹腔体(101)下端面内侧伸出并接地，长度设为定长；所述火花塞正极(201)从定容弹腔体(101)上端面伸入，且伸入长度可调。

5.如权利要求1所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述定容弹腔体(101)上安装有温度传感器(106)和压力传感器(105)。

6.如权利要求1-5任一项所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，还包括预混组件，该预混组件用于产生、混合反应气体，并将其通入所述定容弹腔体(101)中，其包括预混腔；

所述预混腔包括外层和内层，所述内层为上下尖、中间粗的双圆台，其中上端圆台为增压混合段(513)，下端圆台为减压混合段(512)；所述减压混合段(512)下端连接有主进气输入管(507)，该主进气输入管(507)上设有正向旋流器(508)；

环绕所述减压混合段(512)设有环形导流管(503)，且环形导流管(503)与减压混合段(512)通过锥形加压管(515)连接，该锥形加压管(515)的轴心偏离环形导流管横截面的径向方向；所述环形导流管(503)上连接有次气体输入管(510)。

7.如权利要求6所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述增压混合段(513)和减压混合段(512)间设有多孔隔板(509)，该多孔隔板(509)上开设有逆向旋流孔，该逆向旋流孔的轴线方向与内层轴线方向偏置。

8.如权利要求6所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述外层和内层之间为空层(519)，该空层(519)中填充有缓冲液；所述预混腔底部设有加热线圈(606)，该加热线圈(606)用于控制缓冲液温度。

9.如权利要求6所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，所述预混组件包括相互连接的两个预混腔。

10.如权利要求8所述的高效耦合的微波辅助点火可视化实验系统，其特征在于，还包括温控电路(605)，其用于控制加热线圈(606)、气体传输管加热片(607)以及定容弹加热片(608)的温度与目标值保持一致；所述气体传输管加热片(607)设置在所述预混腔和定容弹腔体(101)之间的气体传输管上，所述定容弹加热片(608)包裹在定容弹腔体(101)外。

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