[发明专利]一种高温高压下液滴蒸发和燃烧的可视化装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种高温高压下液滴蒸发和燃烧的可视化装置及其使用方法，所述装置包括：供气装置，与所述供气装置连接的燃烧腔体，配备升降电机的加热炉子燃烧室腔和炉子上均设有石英透视窗，以及通过导线与所述加热炉子连接的控制器，和位于所述燃烧腔体底部的液滴悬挂装置；所述液滴悬挂装置包括底部带开口的同心圆柱底座，石英管和超细钨丝；本发明的记录单位为连接计算机的高速摄像仪，通过可视窗口对高温高压区内的液滴蒸发与燃烧过程进行拍摄。与现有技术相比，本发明的液滴生成简单，且升温只发生在炉子内，降低了对燃烧室腔的承温能力要求，可以快速升温至最高800℃。本申请能够实现高温高压下对微小液滴蒸发与燃烧特性的研究。

技术领域

本发明属于燃烧试验设备技术领域，具体涉及一种研究高温高压下燃料液滴蒸发和燃烧特性的可视化装置及其使用方法。

背景技术

以离子液体为功能材料构筑的多组分复杂体系单组元推进剂/燃料是航空、航天、航海等特种动力能源领域一个新兴的绿色能源发展方向。推进剂/燃料在完成由化学能向动能转化的过程中，推进剂/燃料首先要通过喷嘴的雾化作用分散成微小的液滴，然后在高燃气介质中，液滴经蒸发浓缩与功能材料热分解过程耦合，引发燃烧释放出能量。其中，推进剂/燃料的蒸发浓缩是一个物理过程，其时间尺度是化学反应的几个数量级，因而这一过程成为点火或燃烧引发过程中的关键步骤甚至是速控步骤，直接影响释能反应的响应性和燃烧效率。

由于液雾燃烧的复杂性，往往需要先从最基本的单个液滴蒸发/燃烧入手，开展机理性的基础研究。研究单个液滴的蒸发过程，建立液滴蒸发强化机制，是研究液雾燃烧的重要基础，对开展推进剂/燃料的配方研究和点火应用研究具有重要的参考意义。

单个液滴的生成与悬挂是液滴蒸发与燃烧的关键技术之一。传统做法是采用微量液体供应泵将待测微量液体输送到液滴悬挂装置上，在重力作用下微量液体向下流动并最后在液滴悬挂装置底端的圆头处形成液滴。此种做法供应泵输出的待测液体积受其密度影响很大，需要根据待测样品的密度实时调整输出体积，否则容易造成液滴滴落而不能稳定停留在悬挂装置底端；此外，悬挂装置底端的圆头占有一定的体积，会放大液滴的真实尺寸，给后期的计算机模拟结果带来误差。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提出一种研究高温高压下推进剂/燃料液滴蒸发和燃烧特性的可视化试验装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高温高压下液滴蒸发和燃烧的可视化装置，其特征在于，包括：供气装置、燃烧室腔1、液滴悬挂装置13、加热炉子3、控制器5和图像采集系统；

所述供气装置包括高压N₂气源10、进气口截止阀9、出气口截止阀8和安全阀7，依次通过不锈钢管与燃烧室腔1连接；

所述液滴悬挂装置13包括超细钨丝21、石英管22、同心圆柱底座23和底座开口24，底座开口24分别开设于同心圆柱底座23的上下两个表面中心处，两个底座开口24不相通；石英管22的一端插入同心圆柱底座23上表面的底座开口24中，另一端连接超细钨丝21，同心圆柱底座23下表面的底座开口24与燃烧室腔1底部的支撑杆17连接；超细钨丝21用于悬挂液滴14；

所述加热炉子3设置于燃烧室腔1中，通过升降器2实现上下移动，且通过导线与控制器5连接；加热炉子3炉壁的两个侧面设有炉子石英玻璃窗口4；所述的加热炉子3下设置炉子底部开孔11；

所述燃烧室腔1的两个侧面设有石英观察窗18，石英观察窗18内部嵌有光学石英玻璃，石英观察窗18与光学石英玻璃之间采用增强柔性石墨垫密封；

所述燃烧室腔1靠近底座的腔壁上设有舱门，可以打开/关闭燃烧室腔体；

燃烧室腔1的上端盖设置压力表6，所述测温热电偶15设置于液滴附近；

图像采集系统包括光源12、高速摄像机20和计算机19；