[发明专利]一种含能材料燃烧成气率测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧测试技术领域，具体为一种含能材料燃烧成气率测试装置及方法，适用于燃烧过程中凝聚相物质生成较多的含能材料的燃烧成气率测试。

背景技术

燃烧成气率是指物质燃烧过程中产生的气相物质质量占燃烧前样品质量的百分数。对于含能材料来说，由于能量较高、燃烧剧烈，导致燃烧过程气相物质的生成速率较大，且气相物质与凝聚相物质混合程度较高，使两者很难有效地分开，因此如何准确测试含能材料的燃烧成气率便成为业界的一个难题。

西北工业大学王英红研制了一种推进剂燃烧成气率的测试装置及测试方法，初步实现了推进剂气相产物与凝聚相产物的分离。但在实践过程中，这种方法存在一定的缺陷，主要表现在：（1）采用酸洗石棉作为过滤物质。由于酸洗棉具有致癌作用，会对实验人员的身体健康造成较大的损害；酸洗石棉具有较强的吸湿性，在实验过程中很容易吸收含能材料燃烧产生的水分及空气中的水分，使实验测得的燃烧成气率往往明显小于实际值；酸洗石棉的过滤效果较差，必须使用较多的量才能保证过滤效果，在增加了装置质量的同时，增加了实验的不确定度；酸洗石棉的耐高温能力不强，在实验过程中经常会出现酸洗石棉由于高温而发生破坏的现象，干扰了实验结果。（2）实验环境为室温。由于过滤段较长、燃烧反应的速度较快，燃烧产物在过滤层中运动的过程中，温度逐渐下降，部分生成的气相产物（主要是水蒸气）便可能由气相变为液相而留在过滤层中，直接导致实验结果偏低。（3）燃烧室内的具有较多的空气。考虑到使用环境，含能材料的成气率一般是指在惰性气氛下燃烧的成气率，燃烧室内有较多的空气使燃烧条件发生改变，不能满足实验条件的要求。（4）点火与称量过程分开进行。不但增加了测试过程的复杂程度，而且装置的转移称量可能带来一定的质量称量误差。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有含能材料燃烧成气率测试中存在的问题，本发明提出了一种新的含能材料燃烧成气率测试装置及方法，能够在模拟含能材料实际燃烧条件的基础上，准确地对燃烧的成气率进行测试。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：由燃烧器、加热套、称重装置和试验台架组成；所述燃烧器由两个过滤器、一个燃烧室和一个输气接口组成；燃烧室同轴固定安装在两个过滤器之间，输气接口固定安装在一个过滤器的外端；所述过滤器两端为开有通气孔的隔板，隔板之间填充有过滤物质，过滤物质与隔板之间覆盖有防止过滤物质被吹出过滤器的透气材料；燃烧器放置在称重装置上；加热套包裹燃烧器。

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：燃烧室侧面开有测压口，外部压力测量装置通过测压口测量燃烧室内压力。

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：所述过滤物质由碳纤维和细粉末状过滤物质组成，碳纤维处于过滤器轴向两端，细粉末状过滤物质处于碳纤维之间。

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：所述细粉末状过滤物质为MgO或CaO或钛白粉；细粉末状过滤物质粒度为1μm～3μm；细粉末状过滤物质在过滤器中的堆积密度不小于其自身密度的75%。

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：所述碳纤维为1K～5K的纤维束，纤维束的长度为20～40mm，碳纤维在过滤器中的堆积密度不小于其自身密度的50%。

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：过滤器中透气材料采用高硅氧石棉布。

所述一种含能材料燃烧成气率测试装置，其特征在于：过滤器中前碳纤维段、细粉末状过滤物质段和后碳纤维段的轴向长度之比为1.5：5：3.5，其中前碳纤维段指靠近燃烧室的碳纤维段。

所述一种含能材料燃烧成气率测试方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：称量质量为m的含能材料样品放入燃烧室；

步骤2：通过输气接口向燃烧器内通入燃烧环境气氛至少5分钟；

步骤3：将燃烧器放入称重装置上，称量燃烧器质量m₁；

步骤4：通过加热套给燃烧器整体加热，并使得样品在燃烧室中燃烧；当样品在燃烧室中燃烧完后，称重装置称量燃烧器质量m₂，得到样品燃烧的成气率为