[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

说明书

技术领域

本发明属于含能材料性能测试技术开发领域，更具体地说，涉及一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法。

背景技术

铝是地球上储存最为丰富的金属元素，被视为一种很有前景的储能和能源转换材料。铝热反应是指金属铝与某些活性比其低的金属氧化物组成的混合物之间的氧化还原反应过程。该燃烧过程中会迅速释放出巨大的化学反应热，使得在金属焊接、含能炸药、微型卫星推进器等领域有潜在的科研价值。当前，国内对于铝热反应的实验研究尚处于起步阶段，大多研究集中在纳米铝热剂的制备方法、结构表征以及热动力学分析等方面，而对铝热剂点火和燃烧性能的研究却鲜有报道，尤其在温度和燃速两大方面。因此，开发出一种研究铝热反应温度与燃速的实验装置及测量方法显得十分必要。

中国专利申请号为201020228297.4，申请日为2010年6月18日，发明创造名称为：一种测量物质低温低压燃速的装置，该申请案的装置包括密封壳体、控温装置、减压装置、燃速支架、点火装置和燃速测量装置，密封壳体包括钢板耐压层、控温层、隔热层和塑料外壳，密封外壳前面是可以打开的密封门，门中间有一个透明的有机玻璃观察窗口，与燃烧支架水平对应，其中燃烧支架包括铜柱、被测样品、固定支架、绝缘柱和底座，点火装置包括电源、电线、点火开关和V型点火丝。但该申请案仅适用于研究固体推进剂在低温低压环境下的点火性能、燃烧性能及燃烧稳定性等重要参数，而对于呈分散状的粉末颗粒很难实现点火燃烧，另外该装置无法得到测试样燃烧过程中的温度变化，因此其并不适用于铝热反应点火及燃烧性能的研究。

又如，申请人于2011年4月29日申请的，申请号为：201110110037.6，名称为：新型实验用点火测温装置的申请案公开了一种仅借助点火丝产生的热量来引燃燃料的点火装置，该点火测温装置包括点火丝、点火电源、点火台，在点火台上设有两个点火孔和两个测温孔，点火台中央上方的支架上放置点火测温筒，点火测温筒上开有小孔并设置有热电偶，热电偶通过导线经过点火台上两个测温孔与测温计连接，点火台测温筒上方放置点火丝，点火丝两端固定在两个外侧套有托架，压簧和紧固旋片的点火柱上，两根点火柱固定在点火台上，并分别通过点火台上的两个点火孔与点火电源连接，点火电源有插头、断电保护器、接触式调压器通过导线连接。该申请案的构造简单，可以用于测量实验室中燃料的点火温度和燃料燃烧的温度，但采用该装置进行实验时燃料的整个燃烧过程均裸露在外界环境中，存在一定的安全隐患，而且燃烧溅射出的实验残渣不易收集。此外，采用该申请案的装置进行温度测量时，其测量结果存在一定的误差，从而影响研究结果，且该装置无法实现燃料燃速的测量。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服目前现有燃烧温度与燃速测量装置不适用于铝热反应点火与燃烧过程的研究，其测量结果存在偏差的不足，提供了一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置及测量方法。采用本发明的装置能够实现对呈分散状铝热反应混合颗粒的点火和燃烧，并结合了实验操作同步控制化和燃烧过程可视化两大优势，从而能够简便、准确、系统地获取铝热反应过程中的温度数据与燃速数据。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种铝热反应温度与燃速的实验测量装置，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、燃烧槽和拉伸杆，保护管的两端设有密封塞，燃烧槽置于保护管内部，所述拉伸杆的一端与燃烧槽端部可拆卸连接，其另一端穿过密封塞伸至保护管外部；

所述的燃烧数据采集机构包括热电偶、数据采集仪、高速摄像机、相机支架和计算机，所述热电偶的偶头部位插入到燃烧槽的中心位置，其输出端贯穿拉伸杆与数据采集仪的输入端相连；所述高速摄像机位于保护管外部正对燃烧槽放置，该高速摄像机及数据采集仪均与计算机相连。

更进一步的，所述的气体供应机构包括高压气罐、质量流量计、流量计控制仪和气体导入管，其中，所述的高压气罐通过输气管路与气体导入管的一端相连，气体导入管的另一端穿过密封塞伸入保护管内部；所述高压气罐与气体导入管之间的输气管路上设有质量流量计，且质量流量计还与流量计控制仪相连。