[发明专利]一种微波加热激光辅助点火的氨柴定容燃烧弹装置

说明书

本发明公开了一种微波加热激光辅助点火的氨柴定容燃烧弹试验装置，包括定容燃烧弹组件、燃料供给系统、排气系统、微波加热系统、激光点火系统、试验观察系统和系统控制器。有益效果：本发明解决了传统定容弹装置加热时间长，加热丝易熔断等问题，提高了试验效率。同时采用激光辅助点火解决了传统电火花塞只能在触发器附近点火的缺陷，拓宽了稀燃极限，有利于提高氨气预混燃烧的速度，其次激光点火装置可通过调整光学仪器的位置进而调节激光在定容弹内部的点火位置，方便进一步探究点火位置对整体燃烧的影响。定容弹壳体为金属钢板结构，有利于微波能量的吸收，降低热能的损失，提高了试验工况的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种定容燃烧弹装置，特别涉及一种微波加热激光辅助点火的氨柴定容燃烧弹装置，属于新能源技术领域。

背景技术

随着全球能源危机的影响世界各国都在寻求一种新型替代燃料以及新型燃烧策略以缓解传统化石能源危机，同时由于温室效应对全球气候的影响，降低碳排放的重担落在了世界各国头上。在众多清洁能源中，氨燃料作为氢的载体有着很大的发展潜力，氨气分子不含碳元素作为零碳燃料很好的响应了我国的政策，对于节能低碳有着很大的推动作用。但氨气的燃烧也存在诸多问题，其燃烧速度缓慢，汽化潜热大不易点燃。因此需要一种高活性燃料进行引燃或者采用激光点火的方式拓宽氨气的稀燃极限，提高燃烧速度。

可燃混合气在定容燃烧弹中的燃烧与汽油机的燃烧比较接近。把定容燃烧弹分成四部分，其中包含有等量的可燃混合气，其状态为（p0，T0），当第一部分燃烧以后，压力温度升高，压缩其余未燃部分，本区域温度从T0上升到T1，其余部分由于压缩与传热的影响，温度和压力也有所提高。当第二部分区域开始燃烧时，该部分的混合气是在比始压p0，始温T0较高的压力温度下燃烧。在燃烧时，这部分气体要膨胀，进而压缩第一部分已燃烧气体和未燃烧的第三和四部分气体，使他们的压力、温度在升高，然后依次燃烧第三和第四部分的混合气。

柴油和氨气双燃料燃烧是柴油机的新型燃烧模式，氨气在发动机中是进气道喷射，柴油高压直喷，定容弹模拟的这个过程，先充氨气，再直喷柴油，柴油的作用就是引燃，相当于点火作用

激光作为一种“精密”点火源，是一种安全、可靠、轻便的新型点火技术，与常规的电桥丝雷管点火相比，其优点是：抗干扰能力强，避免了电磁波、静电等电信号的干扰。目前，日本和罗马尼亚的工程师们开发出了一种陶瓷粉末激光器，其大小相当于一个火花塞，从而允许它嵌入汽缸中。这是一种设计独特的激光装置，它能以较低能级的激光为基础产生高能激光束。而高活性燃料的选取通常采用柴油或者生物柴油，国内大连理工大学利用柴油引燃液氨在直喷发动机上做了相关研究，而目前氨气在定容弹上的研究并不多，传统的定容弹装置难以满足氨气燃烧的条件，其试验周期长，在氨气试验中可靠性不佳，功能单一，且传统的定容弹存在电加热丝加热时间长，加热丝易熔断的问题，拆装费时费力，且内部的保温材料石棉在拆卸时扬起的灰尘对人体有害。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出一种微波加热激光辅助点火的氨柴定容燃烧弹装置；本发明采用微波加热可以缩短加热时间，且微波加热稳定可靠，避免了传统电热丝易熔断的问题，极大的节约了时间成本；采用激光辅助点火可以提高燃烧速度，实现更高效的燃烧，从而减少燃烧不完全造成的污染；并且可通过调整光学仪器的焦距，调整激光在装置内部的点火位置，可以进一步研究点火位置对燃烧完全度的影响；同时，本发明增添了液氨和柴油喷射装置，实现双燃料喷射，根据试验要求可实现氨气预混点火和氨/柴双燃料的RCCI压燃燃烧模式的灵活切换。

技术方案：一种微波加热激光辅助点火的氨柴定容燃烧弹试验装置，包括定容燃烧弹组件、燃料供给系统、排气系统、微波加热系统、激光点火系统、试验观察系统和系统控制器；

所述定容燃烧弹组件包括中空密闭的定容弹壳体，所述定容弹壳体内壁设有微波吸收层，所述定容弹壳体上设有激光透射窗口和观测窗口；

所述燃料供给系统包括氨气供给装置、柴油供给装置和氧气供给装置，所述氨气供给装置、柴油供给装置和氧气供给装置分别与定容弹壳体内腔连通；