[发明专利]一种高速气流条件下颗粒着火燃烧实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧实验装置领域，尤其涉及一种高速气流条件下颗粒着火燃烧实验装置。

背景技术

含金属颗粒富燃料推进剂固冲发动机的燃气发生器中由于缺氧和低温，颗粒不可能充分地实现着火燃 烧，含有大量颗粒的富燃燃气在补燃室内与进气道冲压进入的空气高速掺混完成二次燃烧。受一次燃气喷 射方式和冲压空气进气方式的影响，颗粒往往处于强迫对流作用下。在强迫对流作用下，颗粒周围形成速 度梯度很大的附面层，颗粒周围的燃烧流场也偏离相对静止气氛下球对称结构，这些都与静态气氛下颗粒 的着火燃烧过程有很大不同。研究颗粒在高速气流条件下的着火燃烧过程，揭示其内在机理和控制方式， 将为进一步研究含颗粒富燃料推进剂固冲发动机的高效能量转化奠定基础，具有重要的学术意义和工程应 用价值，但是，国内外针对该过程的试验研究未见公开发表。究其原因，该项实验研究有几个难点，首先 高温高速组分浓度、速度以及温度可控可调节的稳定高温燃气的产生存在一定技术困难，其次是将固体颗 粒固定于高温高速燃气中具有一定技术难度，最后是高温高速气流下颗粒着火燃烧过程很难观测。目前针 对金属颗粒着火燃烧过程的试验研究主要有平面火焰炉、高压燃烧器、激光点火、激波管、电炉、热天平 等方式，都集中在相对静止气氛下，通过测量颗粒在不同环境下着火燃烧过程的粒径变化、温度变化、特 征光谱变化，研究颗粒的着火燃烧规律。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种可以将固体颗粒固定于高温高 速燃气中，并通过窗口来观测颗粒着火燃烧过程的试验装置，从而研究颗粒在高速气流中着火与燃烧机理， 提升对含颗粒富燃料推进剂固冲发动机内部燃烧过程的认识。

为解决上述技术问题，本发明“一种高速气流条件下颗粒着火燃烧实验装置”，包括：

开窗试验系统、管路供应系统、测量和控制系统；所述开窗试验系统包括燃气发生器、稳流段、开窗 试验段、颗粒固定装置、喷管；所述燃气发生器、稳流段、开窗试验段、喷管依次密封连接；所述颗粒固 定装置安装在开窗试验段内部；所述燃气发生器和稳流段壁面均为双层设计，其外层上布置数个冷却水进 水孔、出水孔，及压力测点；稳流段壁面外层上还布置有温度测点；所述开窗试验段部分安装有透明观察 窗，观察窗内壁面上下两侧布置数个冷却孔；所述管路供应系统主要包括推进剂供应系统、增压吹除气体 供应系统及冷却水供应系统；所述推进剂供应系统包括氧化剂和燃料两条通路，每路包含一个气动阀，所 述气动阀受测量和控制系统控制；所述推进剂供应系统的出口与燃气发生器入口密封连接；所述冷却水供 应系统出口与所述冷却水进水口密封连接；所述增压吹除气体供应系统的出口与观察窗的冷却孔密封连 接；所述测量和控制系统包括热电偶、压力传感器、高速摄影仪、红外测温仪、光电倍增管、数据采集处 理系统，计算机；所述热电偶的一端与温度测点密封连接，另一端连接数据采集处理系统；压力传感器一 端与压力测点密封连接,另一端连接数据采集处理系统；高速摄影仪、红外测温仪、光电倍增管置于观察 窗外，其中高速摄影仪直接与计算机相连，红外测温仪、光电倍增管经数据采集系统连接计算机。

优选的，所述颗粒固定装置由两根条形金属棒与金属底架组成，其中一根金属棒水平放置，方向与开 窗试验系统的中轴线平行，一端插入颗粒预先打好的孔中，一端与金属底架固定连接；另一根金属棒垂直 地面放置，一端插入颗粒预先打好的另一个孔中，一端与金属底架固定连接；所述金属棒和金属底架可以 耐1000摄氏度以上高温；所述固定装置是可拆卸的。

优选的，所述观察窗的材料选择耐1000度以上高温、透明、且能透过颗粒燃烧特征光谱的石英玻璃；

优选的，对实验时序进行设计：先通入氧气，再通入燃料，然后用点火器点燃混合气体，使燃气发生 器开始工作，利用燃气发生器产生的高温燃气加热颗粒，颗粒加热一段时间后，关掉燃气发生器的燃料和 氧气，再另外通入氧气来点燃颗粒；用来点燃颗粒的氧气的含量是可以调节的。