[发明专利]多功能燃烧实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧科学实验，特别涉及一种适用于地面环境以及微重力条件下的 多功能燃烧实验系统。

背景技术

目前的微重力燃烧实验装置功能较为单一，只能够进行一种试验。例如材料的 着火及燃烧特性研究、强迫对流及气体组分对火焰特性的影响研究、闷烧机理研究、 预混火焰的燃烧-流动相互作用机理研究、烟气运动规律与火灾监测技术的研究、煤 粉燃烧及其污染物生成特性研究。这些试验的研究方法是使用一种单一功能的实验 装置，然后进行试验。如果要进行另外一种试验，必须要更换试验装置，重新配置 试验过程。这样做的缺点是设备重复利用率低，试验效率低，成本过高，重构性差。

例如，图1是现有的实验8号实验卫星上使用的聚氨酯泡沫闷烧实验装置。它 用于在微重力条件中研究等压条件下聚氨酯泡沫的闷烧点燃和双向传播过程。如图1 所示，聚氨酯泡沫闷烧实验装置由试样实验单元、气体控制单元和测量单元组成。 它有两条供气气路，每一条供气气路由一个电磁阀和一个节流阀来控制气体的流速， 两个供气通道中气体的流速分别为1.0mm/s和3.1mm/s。它的气体排放口处安装有一 个安全阀，当试样实验单元内的气压达到一定程度之后，安全阀会自动开启泄压， 以免试样实验单元内压力过大发生爆炸。试样实验单元中装有压力传感器。试样的 上下两面沿轴向依次分别安装有6支热电偶，共有12支热电偶。热电偶用于测量试 样周围的温度分布。其实验过程如下：实验装置加电后，开始采集和记录热电偶和 压力传感器的数据；然后打开低速气流支路上的电磁阀，向试样实验单元中供气。 对试样进行加热。当温度达到340度时，停止加热，关闭电磁阀。同时打开高速气 流支路上的电磁阀，90分钟后，关闭电磁阀。

该实验装置的功能非常单一，只能够进行有条件的闷烧试验。由于它使用的是 电磁阀和节流阀来控制气体的流量。它只能够提供两种固定流速的气流，气流的速 度不能够调整。它只能够提供一种气体进行试验，如果要进行两种气体成分的实验， 必须要两套实验装置。它没有观察单元，不能够观察试验过程。

另外，图2是现有的实验8号实验卫星上使用的导线着火前期特性实验研究装 置。它用于在微重力下研究导线自身适度过载下绝缘层着火前期的温度和辐射特性， 从而获得微重力条件下导线在自身过载下绝缘层的先期着火征兆。如图2所示，导 线着火前期特性实验研究装置，由试样、温度测量单元、辐射计、压力传感器、控 制系统、电源等部分组成。试验时，试样导线中通以约10A的电流，此时试样导线 开始升温。热电偶记录下导线的升温过程，辐射计记录下导线的辐射。温度和辐射 数据由控制系统采集，并通过RS422口将采集到的数据传出。压力传感器用于测量 环境的压力。电源用于给试样导线供电。由于该试验装置没有供气系统，因此其试 验是在恒定压力下进行。这样它不能进行不同压力、不同气体成分下的导线着火前 期特性实验研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能燃烧实验系统，利用该系统可以进行多种微重 力下的燃烧科学实验，同时也可用于地面环境中进行燃烧科学试验。

为实现上述目的，本发明提供了一种多功能燃烧实验系统，用于地面环境以及 微重力条件下的燃烧科学实验，其特征在于，该系统包括：上位机、控制系统、供 气单元、出气阀门、安全阀、试样实验单元以及废气收集器。

其中，所述上位机，用于向所述控制系统发出控制命令，并采集所述控制系统 传送回来的实验数据和图像。

所述控制系统，用于控制整个系统的实验过程，包括：各个阀门的开关、气体 的流量、所述试样实验单元中的温度以及燃烧过程中的数据采集、数据存储和传送。

所述供气单元，包括：多个气瓶、与所述多个气瓶相对应的每一个气路通道中 设置的流量控制单元、以及进气阀门，所述流量控制单元由流量计和流量计控制系 统组成，用于控制供给所述试样实验单元中的气体量，在所述控制系统的控制下， 该流量控制单元与所述进气阀门配合，将存放在各个气瓶中的一种或几种气体送入 所述试样实验单元中。

所述试样实验单元为一个圆柱形或方形空腔，腔体内部安装有加热装置、自动 点火装置和温度传感器，外部有保温层，该试样实验单元的进气由所述供气单元的 进气阀门控制，出气则由所述出气阀门控制，另外，该试样实验单元还连接有安全 阀，当腔体中的压力过高时，安全阀自动打开，将试样实验单元中的压力泄放掉， 以保证整个系统的安全。