一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體燃料燃燒實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市面上現(xiàn)有的燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置有許多，例如熱分析儀、管式爐等。但是這些燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置大多具有以下缺點(diǎn):(I)視覺封閉性。由于這些燃燒裝置的樣品槽置于儀器的內(nèi)部，因此在實(shí)驗(yàn)時(shí)只能通過一些具體數(shù)值參數(shù)來對(duì)樣品的燃燒特性進(jìn)行分析，卻無法直觀的觀測(cè)到樣品的燃燒狀態(tài)；(2)燃燒不均勻。在這些儀器裝置中，樣品多呈堆狀置于樣品槽中，并處于靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行燃燒，這樣雖然能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的點(diǎn)火與燃燒，但是由于樣品是受到高溫環(huán)境的加熱才會(huì)發(fā)生點(diǎn)火燃燒，而樣品堆外部與高溫環(huán)境接觸更加充分，因此樣品堆的外側(cè)燃燒也更加充分，而內(nèi)部的樣品由于受到外部樣品的阻礙，燃燒效果降低；(3)樣品單一性。儀器裝置中的單一樣品槽決定了每次實(shí)驗(yàn)只能對(duì)一種樣品進(jìn)行燃燒測(cè)試，因此對(duì)不同的樣品進(jìn)行測(cè)試需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試。(4)大顆粒固體粉末不易點(diǎn)燃。實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，固體粉末燃料的著火點(diǎn)隨著固體顆粒的增大而提高，尤其是金屬燃料，當(dāng)顆粒直徑達(dá)到微米級(jí)時(shí)，點(diǎn)火尤為困難。因此，實(shí)現(xiàn)樣品燃燒的“可視化”、燃燒效果“充分化”、燃燒樣品“多樣化”及大顆粒樣品易點(diǎn)燃是十分有必要的，但是，目前市面上并沒有一種滿足上述條件的燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。
[0003]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00620132374.X，申請(qǐng)日為2006年8月17日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:高壓透明視窗燃燒室，該申請(qǐng)案涉及一種具有透明視窗的高壓燃燒室，它由燃燒室殼體、透明視窗窗體、透明視窗窗體壓蓋、具有多根接線柱的燃燒室頂蓋、燃燒室頂蓋壓蓋、氣體進(jìn)出口和藥柱支架燈組成。該申請(qǐng)案通過將高壓下燃燒的推進(jìn)劑火焰導(dǎo)出高壓燃燒室，跟蹤火焰的移動(dòng)及變化測(cè)定推進(jìn)劑的燃燒速度和溫度分布。該申請(qǐng)案中的樣品在燃燒前需要進(jìn)行定型處理，即制作成藥柱。而對(duì)于具有一定凝集現(xiàn)象的高能燃料來說雖然能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)，但是卻無法研宄分散狀態(tài)的高能燃料燃燒現(xiàn)象，另外也無法得到樣品的燃燒速度、火焰形貌等情況。并且，一次實(shí)驗(yàn)只能夠燃燒一種樣品，成本投入較高，操作起來具有一定難度。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00920250410.6，申請(qǐng)日為2009年11月17日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:
一種用于研宄煤粉在懸浮態(tài)下的燃燒特性的試驗(yàn)裝置，該申請(qǐng)案涉及一種用于研宄煤粉在懸浮態(tài)下的燃燒特性的試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置由圓柱體型筒向下連接倒錐形筒，在倒錐形筒縮口處與氣體管道連接組成，在圓柱體型筒上端氣體出口處還設(shè)置倒Y型加料管，并將該倒Y型加料管深入到圓柱體型筒的中部，倒Y型加料管由石英制成。該申請(qǐng)案的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤粉停留時(shí)間延長(zhǎng)，有助于懸浮態(tài)的形成。該申請(qǐng)案的缺點(diǎn)在于，煤粉由倒Y型加料管進(jìn)入圓柱體型筒，煤粉剛進(jìn)入圓柱體型筒就需要處于懸浮狀態(tài)，因此不容易控制進(jìn)入圓柱體型筒的氣體流量，煤粉易被直接吹走或墜落到氣體管道中，操作十分不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明針對(duì)目前燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置無法觀測(cè)燃燒狀態(tài)、樣品燃燒效果差、每次實(shí)驗(yàn)只能對(duì)一種樣品進(jìn)行燃燒測(cè)試和大顆粒樣品不易點(diǎn)燃的缺點(diǎn)，提供了一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置及測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了燃燒狀態(tài)可視化、懸浮態(tài)均勻燃燒、一次對(duì)多種樣品進(jìn)行燃燒測(cè)試、大顆粒樣品易點(diǎn)燃的功能。
[0007]2.技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0009]本發(fā)明的一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括懸浮燃燒機(jī)構(gòu)、燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)、氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)；
[0010]所述的懸浮燃燒機(jī)構(gòu)包括氣體入口、底座、一級(jí)燃燒管、多孔金屬板、氣體出口、二級(jí)燃燒管和底座支架；所述的底座置于底座支架之上，所述的底座內(nèi)部設(shè)有底座內(nèi)管，所述的底座內(nèi)管為通孔；所述的氣體入口為圓管，氣體入口上端口與不銹鋼錐形管下端口相連通，不銹鋼錐形管上端口與底座內(nèi)管下端口相連通；所述的一級(jí)燃燒管為圓管，一級(jí)燃燒管下端口與底座內(nèi)管上端口相連通并可拆卸連接；所述的二級(jí)燃燒管為上端口平封的圓管，二級(jí)燃燒管上部側(cè)面設(shè)有一對(duì)氣體出口，所述的二級(jí)燃燒管下端口與一級(jí)燃燒管上端口相連通并可拆卸連接；所述的底座內(nèi)管上端口、一級(jí)燃燒管上端口分別設(shè)有多孔金屬板；
[0011]所述的燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括測(cè)溫孔、熱電偶、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)和高速攝像機(jī)，所述的一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管側(cè)面對(duì)稱地設(shè)有若干對(duì)測(cè)溫孔，測(cè)溫孔在高度方向上等間距分布；所述的測(cè)溫孔中分別插入熱電偶，熱電偶的輸出端與數(shù)據(jù)采集儀的輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端與計(jì)算機(jī)相連接；所述的高速攝像機(jī)正對(duì)一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管，高速攝像機(jī)的輸出端與計(jì)算機(jī)相連接；
[0012]所述的氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括氣體鋼瓶、流量計(jì)控制儀和質(zhì)量流量計(jì)，所述的氣體鋼瓶出口與質(zhì)量流量計(jì)入口相連通，質(zhì)量流量計(jì)出口與氣體入口下端口相連通；所述的質(zhì)量流量計(jì)還與流量計(jì)控制儀相連接，流量計(jì)控制儀與計(jì)算機(jī)相連接；
[0013]所述的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)火器、點(diǎn)火針和調(diào)壓器，所述的調(diào)壓器輸出端與點(diǎn)火器輸入端相連接，點(diǎn)火器輸出端分別與一對(duì)點(diǎn)火針相連接；上述一對(duì)點(diǎn)火針分別插入一級(jí)燃燒管下端口對(duì)稱的兩個(gè)測(cè)溫孔內(nèi)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管由透明石英玻璃制成。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的多孔金屬板由泡沫金屬制成。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管為階梯狀圓管，該階梯狀圓管由上、下不同內(nèi)徑的圓管組成，上圓管的內(nèi)徑為18-22mm，高度為10mm，下圓管的內(nèi)徑為14_18mm，高度為60_80mm，其中上、下圓管的壁厚為2_3mm。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的底座為不銹鋼圓鋼，該不銹鋼圓鋼的外徑為40-50mm，高度為60-100mm;所述的底座內(nèi)管為階梯狀通孔，該階梯狀通孔由上、下不同孔徑的通孔組成，上通孔的孔徑為18-22mm，高度為10mm，下通孔的孔徑為14_18mm。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的不銹鋼錐形管上端口孔徑為15-20mm，下端口孔徑為6-8mm ;所述的測(cè)溫孔為圓形孔，測(cè)溫孔的孔徑為2_3mm ;所述的氣體出口為圓形孔，氣體出口的孔徑為5-10mm，氣體出口距二級(jí)燃燒管上端口的距離為5mm。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的底座支架為一槽鋼，該槽鋼上、下腿中間部位分別開設(shè)有矩形槽，所述的底座嵌于底座支架的矩形槽之上。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的底座支架高度為100?150mm，寬為80?120mm，所述的矩形槽的寬度為30?40mm。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的點(diǎn)火針為圓柱體，該圓柱體的直徑為2_3mm，其端部呈針尖狀。
[0022]本發(fā)明的一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，其步驟為:
[0023]步驟一、燃料的放置:
[0024]連接可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，將粉狀固體燃料分別放于底座內(nèi)管上端口、一級(jí)燃燒管上端口的多孔金屬板上；
[0025]步驟二、燃料的懸浮:
[0026]打開氣體鋼瓶上的閥門，在計(jì)算機(jī)上設(shè)置進(jìn)入氣體入口的氣體流量，使多孔金屬板上的粉狀固體燃料懸浮起來；
[0027]步驟三、燃燒進(jìn)行:
[0028]開啟數(shù)據(jù)采集儀及高速攝像機(jī)，然后開啟調(diào)壓器，點(diǎn)火針尖端放電點(diǎn)燃底座內(nèi)管上端口懸浮狀態(tài)的粉狀固體燃料，在一級(jí)燃燒管中產(chǎn)生燃燒火焰；增加進(jìn)入氣體入口的氣體流量，使一級(jí)燃燒管中的火焰向上傳播，點(diǎn)燃一級(jí)燃燒管上端口懸浮狀態(tài)的粉狀固體燃料；
[0029]步驟四、燃燒數(shù)據(jù)采集:
[0030]通過熱電偶采集粉狀固體燃料燃燒時(shí)的溫度數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀將溫度數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上得到不同時(shí)刻不同測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；此外通過高速攝像機(jī)對(duì)一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管中的燃燒狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)所拍攝的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0031]步驟五、完成實(shí)驗(yàn):
[0032]待燃燒結(jié)束后關(guān)閉氣體鋼瓶上的閥門，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集儀及高速攝像機(jī)，依次取下一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管，收集落于多孔金屬板上的固體燃燒殘?jiān)?br>[0033]3.有益效果
[0034]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0035](I)本發(fā)明的一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，在一級(jí)燃燒管上端口放置不易點(diǎn)燃的大顆粒固體燃料，在底座內(nèi)管上端口放置小顆粒固體燃料，小顆粒固體燃料極易被點(diǎn)火針點(diǎn)燃，點(diǎn)燃后的火焰隨上升的氣流向上傳播，并作為新的點(diǎn)火源去點(diǎn)燃在一級(jí)燃燒管上端口放置的大顆粒固體燃料；在固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)過程中，雖然大顆粒固體燃料不易直接點(diǎn)燃，但是小顆粒固體燃料燃燒時(shí)的火焰溫度足以點(diǎn)燃大顆粒固體燃料，本發(fā)明的一種可拆卸式固體燃料懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，采用一級(jí)燃燒管、二級(jí)燃燒管組合燃燒的方式，巧妙地解決了大顆粒固體燃料不易點(diǎn)燃的問題，為燃燒實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)