[发明专利]一种高温燃气中金属粉末点火燃烧试验装置

说明书

本发明提出了一种高温燃气中金属粉末点火燃烧试验装置，包括非预混燃烧器以及燃烧室，非预混燃烧器和燃烧室密封连接在一起；非预混燃烧器包括炉体以及彼此独立设置在炉体内的氧化剂通道、燃料通道和粉末通道，氧化剂、燃料以及金属粉末分别通过氧化剂通道、燃料通道和粉末通道进入到燃烧室中点火燃烧；所述燃烧室下游的出口段为收缩结构，最末端的燃气出口处的截面积最小；燃烧室壁面上安装有透明观察窗。本发明能够为金属粉末的点火燃烧提供更接近实际的高温高压多种氧化性气体混合的环境，同时，采用先进的燃烧诊断设备可以对金属粉末整个点火燃烧过程进行分析，所获实验数据的工程应用价值高。

技术领域

本发明涉及一种金属粉末点火燃烧试验装置，特别涉及一种工况宽范围可调节的燃气环境中金属粉末点火燃烧试验装置。

背景技术

镁、铝等金属粉末在固体推进剂、炸药等含能材料中具有十分广泛的应用。在这些含能材料中，金属粉末蕴含的能量是通过其与高温氧化性燃气之间的化学反应释放出来的。高温氧化性燃气通常是含能材料中金属粉末以外的组分快速点火燃烧的产物，主要成分为氧气、水蒸气以及二氧化碳等氧化性气体的混合物，并且具有一定压强。因此，研究金属粉末在高温高压燃气环境中的点火燃烧过程，对于精准优化含能材料的配方组成、准确预示固体火箭发动机的工作性能和炸药的爆炸效果具有十分重要的意义。

为了模拟金属粉末点火燃烧过程中所处的高温氧化环境，通常采用一种预混的平面火焰燃烧器作为高温氧化性燃气的生成装置，记为A装置，如图1所示。它主要由多孔炉盘、预混腔以及供粉管道等组成。A装置的炉盘为多孔结构，可以采用预制的蜂窝状结构材料，也可以采用耐高温的金属材料机械加工而成。预混腔中设置有两层钢珠形成的空隙结构，燃料和氧化剂进入平面火焰燃烧器预混腔后，在两层钢珠区域进行充分混合。混合均匀的气体经过多孔炉盘以后，形成均匀的高温燃气。金属粉末通过供粉管道进入高温燃气中，进行点火燃烧。A装置工作时通常采用的燃料为碳氢化合物，氧化剂通常为空气、氧气。采用A装置可以获得金属粉末点火燃烧特性参数，为认识金属粉末的点火燃烧过程奠定了基础。但是在使用过程中，由于燃料和氧化剂在点火之前已经充分混合，安全性较差。为防止火焰器发生回火，燃料和氧化剂混合物的流速必须大于火焰传播速度，因此燃料的种类、燃料和氧化剂的配比以及压强需要控制在安全范围以内，导致难以实现燃气组分、温度、压强等参数的宽范围调节。例如，当研究金属粉末在水蒸气环境下点火燃烧特性时，A装置需要以氢气为燃料，以氧气为氧化剂，此时由于预混氢氧的火焰传播速度很高，采用A装置难以营造高温高压的水蒸气环境。此外，由于在试验时A装置中的炉盘会直接暴露在高温氧化性燃气环境中，容易被烧蚀，因此需要频繁更换，经济性不好。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种高温燃气中金属粉末点火燃烧试验装置。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种高温燃气中金属粉末点火燃烧试验装置，包括非预混燃烧器以及燃烧室，非预混燃烧器和燃烧室密封连接在一起；非预混燃烧器包括炉体以及彼此独立设置在炉体内的氧化剂通道、燃料通道和粉末通道，氧化剂、燃料以及金属粉末分别通过氧化剂通道、燃料通道和粉末通道进入到燃烧室中点火燃烧；所述燃烧室下游的出口段为收缩结构，最末端的燃气出口处的截面积最小；燃烧室壁面上安装有透明观察窗。

进一步地，本发明所述炉体为可以设计为分体结构，包括首尾密封相连的多段炉体单元。分体结构便于整体的生产、运输、维修更换和安装。

进一步地，本发明所述炉体也可以设计为一体成型的整体结构。一体成型的结构，在整体性上以及整体的密封、承压等方面表现更出色。

作为本发明的优选方案，所述粉末通道为一根从炉体外部穿设到燃烧室的粉末导管。