[发明专利]一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：包括气体供应机构、高温反应机构、点火机构和燃烧数据采集机构，其中，所述的气体供应机构用于为高温反应机构供应铝热反应所需的气体，所述的点火机构用于为高温反应机构内的铝热反应粉末点火，所述的高温反应机构包括保护管(6)、燃烧槽(8)和拉伸杆(9)，保护管(6)的两端设有密封塞(5)，燃烧槽(8)置于保护管(6)内部，所述拉伸杆(9)的一端与燃烧槽(8)端部可拆卸连接，其另一端穿过密封塞(5)伸至保护管(6)外部；

所述的燃烧数据采集机构包括热电偶(17)、数据采集仪(19)、高速摄像机(20)、相机支架(21)和计算机(22)，所述热电偶(17)的偶头部位插入到燃烧槽(8)的中心位置，其输出端贯穿拉伸杆(9)与数据采集仪(19)的输入端相连；所述高速摄像机(20)位于保护管(6)外部正对燃烧槽(8)放置，该高速摄像机(20)及数据采集仪(19)均与计算机(22)相连。

2.根据权利要求1所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的气体供应机构包括高压气罐(1)、质量流量计(2)、流量计控制仪(3)和气体导入管(4)，其中，所述的高压气罐(1)通过输气管路与气体导入管(4)的一端相连，气体导入管(4)的另一端穿过密封塞(5)伸入保护管(6)内部；所述高压气罐(1)与气体导入管(4)之间的输气管路上设有质量流量计(2)，且质量流量计(2)还与流量计控制仪(3)相连。

3.根据权利要求2所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的点火机构包括点火柱(10)、加热丝(13)、调压器(15)和断电保护器(16)，所述点火柱(10)固定于燃烧槽(8)的一端，加热丝(13)的两端分别固定于两根点火柱(10)上；所述调压器(15)的输入端接入220V交流电压，调压器(15)的输出端与断电保护器(16)的输入端相连，断电保护器(16)的输出端接有两根金属导线(14)，并贯穿拉伸杆(9)与加热丝(13)的两端相连。

4.根据权利要求3所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述点火柱(10)的表面均套设有绝缘陶瓷管(11)，绝缘陶瓷管(11)上加工有接线凹槽(12)，两根金属导线(14)分别与所述加热丝(13)的两端缠绕在两个接线凹槽(12)内。

5.根据权利要求3所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的燃烧数据采集机构还包括同步控制器(23)，该同步控制器(23)的输出端与断电保护器(16)、高速摄像机(20)、质量流量计(2)及计算机(22)均相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，其特征在于：所述的燃烧槽(8)由不锈钢制成，燃烧槽(8)的长度为100～200mm，宽度为15～30mm，高度为8～16mm，在燃烧槽(8)上表面加工有长度为100～200mm，宽度6～12mm，深度为4～8mm的凹槽，凹槽两侧设有刻度。

7.根据权利要求6所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法，其特征在于：所述的保护管(6)由透明石英管制成，其长度为30～40cm，厚度为4～5mm，端面内径为10～12cm；所述的密封塞(5)材质为橡皮塞，密封塞(5)上设有6～7mm的通孔用于连接气体导入管(4)；所述的气体导入管(4)由石英材质制成，气体导入管(4)的长度为10～15cm，直径为5～6mm。

8.根据权利要求6所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法，其特征在于：所述的拉伸杆(9)由刚玉管加工制成，在距离其一端5～6cm的位置处加工有四个呈L型的通孔，通孔贯穿整个拉伸杆(9)，且通孔的孔径为4～5mm。

9.根据权利要求6所述的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法，其特征在于：所述的点火柱(10)由M4螺栓加工制成，所述的绝缘陶瓷管(11)为空心圆柱体，该圆柱体长度为4～5mm，直径为4～5mm；所述的加热丝(13)选用镍钴材质，加热丝的直径规格为0.5～1mm，加热丝(13)在引燃处设计为螺旋状；所述的热电偶(17)选用铂铑S型。

10.一种铝热反应温度与燃速的实验测量方法，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述的测量装置进行测量，其具体步骤如下：

步骤一、铝热剂的布置

将制备好的铝热剂颗粒完全填充在燃烧槽(8)的凹槽中，并通过振荡器振荡使铝热剂分布均匀；使拉伸杆(9)与燃烧槽(8)的一端相连，通过推动拉伸杆(9)将燃烧槽(8)推入到保护管(6)的中心位置；

步骤二、实验同步控制

打开高压气罐(1)上的气阀后，通过计算机(22)开启同步控制器(23)，控制质量流量计(2)先通入设定流量的气体充满整个保护管(6)，再同步打开高速摄像机(20)、数据采集仪(19)和断电保护器(15)；

步骤三、燃烧数据采集：

通过热电偶(17)采集铝热剂燃烧过程中的温度数据，并将温度数据传输到数据采集器(19)，数据采集器(19)将实时数据传输到计算机(22)，计算机(22)得到不同时刻燃烧温度数据；同时，高速摄像机(22)对保护管(6)内的燃烧过程进行全程录像，燃烧一旦开始，计算机(22)每间隔20ms就会截取一次燃烧图片；燃烧实验结束后，通过计算机(22)控制同步控制器(23)，依次关闭质量流量计(2)、高速摄像机(20)、数据采集仪(19)和断电保护器(16)，然后收集燃烧槽(8)表面的实验残渣；

步骤四、实验数据后处理：

根据采集到的不同时刻燃烧温度数据，计算机(22)自动处理得到整个燃烧过程中温度随时间变化曲线；同时燃烧开始后，计算机(22)每间隔20ms截取一次燃烧图片，将所截取的图片上火焰传播不同时刻对应燃烧槽(8)上的刻度线位置L₁，L₂，L₃…...L_n依次输入到计算机(22)，则：

0～20ms的平均燃速

20～40ms的平均燃速

······

······

(n-1)*20～n*20ms的平均燃速

计算机(22)根据上述公式自动计算每间隔20ms内火焰的传播平均速度，再通过处理即得到整个反应过程中燃速随时间的变化曲线。