[发明专利]一种研究粉末及气态燃料燃烧及爆轰机理的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于研究粉末及气态燃料在不同外部条件下的燃烧和爆轰机理的装置及方法。该装置包括容弹本体、配气台、可调能量高能点火系统、燃烧及爆轰参数同步采集系统、点火及阀门控制系统。容弹本体由弹体外围与上、下两端面组成，其中弹体内壁上设有若干开孔，用于安装若干可变测量杆、点火装置及进排气管。本发明通过可调能量高能点火装置在容弹内点燃一个爆燃波或爆轰波，再通过燃烧及爆轰参数同步采集系统及烟膜等手段来监测容弹内爆轰波形成、传播及失效过程并获取相关参数。在不同环境条件下，研究不同构型喷注器喷射不同物理性质和化学性质的燃料与氧化剂的燃烧及爆轰机理。

技术领域

本发明属于燃烧及爆轰技术领域，具体涉及一种研究粉末及气态燃料燃烧及爆轰机理的 装置及方法。

背景技术

能源是国家发展之根本，爆轰燃烧就是高效利用能源的手段之一。爆轰燃烧是由激波诱 导，与激波紧密耦合的超声速燃烧，故具有极高的火焰传播速度，其产物也具有极高的温度 和压力。通过爆轰波，能将可燃物的压强和温度提高十几甚至几十倍，因此爆轰是一种具有 更高效率的燃烧方式，将其应用到推进系统，具有广泛的应用前景，比如脉冲爆轰发动机和 旋转爆轰发动机等。所以对其的高效利用需要对燃烧及爆轰特性进行深入研究，包括在不同 外部条件下对爆燃波、爆轰波的形成、传播过程及爆轰特性，因此有必要开发该装置用于探 寻不同燃料在不同外部条件下的燃烧及爆轰特性和能源利用效率。

另一方面，爆轰波伴随的高温高压环境具有较强的破坏力，会引发各种工业灾害，比如 煤矿瓦斯爆炸、各种粉尘爆炸等事故。除开采煤炭外，我们在社会生产的过程中，难免和可 燃性气体或可燃性粉末接触，这些可燃物可能在某种条件下会发生爆轰，对人身安全及生产 工具产生威胁，因此很有必要详细的对不同外部环境下的可燃性气体或粉末燃料的燃烧与爆 轰产生与传播过程等方面做机理性研究，为减少火灾发生、抑制爆轰波形成与传播提供理论 支持。因此也有必要开发该装置用于在抗灾减灾中提供理论支撑。

在“一种高温高压天然气柴油双燃料喷雾定容燃烧弹”等发明中，定容燃烧装置的结构 复杂，安装不方便、点火装置单一且不易于更换，气相与粉末燃料燃烧及爆轰实验不能在同 一装置中进行，所以亟需设计出一种安装简便、采用多类型的点火方式且多种燃料适用的装 置及方法，用以研究气体与粉末燃烧、爆轰形成及传播过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研究粉末及气态燃料燃烧及爆轰机理的装置及方法以用于 研究粉末及气态燃料在不同外部条件(不同当量比、不同环境压力、不同氛围及不同喷注结 构等)下的燃烧和爆轰特性(临界起爆能量、爆轰波传播速度、爆轰压力、胞格结构等)。

实现本发明的技术方案为：

一种研究粉末及气态燃料燃烧及爆轰机理的装置，包括容弹本体和配气台，所述容弹本 体具有内部腔体，所述容弹本体上开设有多个弹壁通孔，所述容弹本体包括测量杆、喷注 器、喷注器管、点火装置、进排气管，

多个测量杆通过所述弹壁通孔伸入所述内部腔体，所述点火装置、进排气管设置于所述 容弹本体上，所述喷注器管内端伸入所述内部腔体与喷注器连接、外端与配气台连接，所述 进排气管与配气台连接，每个测量杆内设置有压力传感器和离子火焰探针。

优选地，所述容弹本体包括上端盖、下端盖、螺栓和弹体外围，所述上端盖、下端盖对 接后形成内部腔体，弹体外围位于上端盖、下端盖对接处，所述螺栓穿过弹体外围以实现上 端盖、下端盖的固定连接。

优选地，所述弹壁通孔包括第一弹壁通孔、第二弹壁通孔和第三弹壁通孔，所述测量杆 包括第一测量杆、第二测量杆、第三测量杆，所述第一测量杆、第二测量杆、第三测量杆分 别通过第一弹壁通孔、第二弹壁通孔、第三弹壁通孔伸入所述内部腔体。