本發(fā)明屬于含能材料性能測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

鋁是地球上儲(chǔ)存最為豐富的金屬元素，被視為一種很有前景的儲(chǔ)能和能源轉(zhuǎn)換材料。鋁熱反應(yīng)是指金屬鋁與某些活性比其低的金屬氧化物組成的混合物之間的氧化還原反應(yīng)過(guò)程。該燃燒過(guò)程中會(huì)迅速釋放出巨大的化學(xué)反應(yīng)熱，使得在金屬焊接、含能炸藥、微型衛(wèi)星推進(jìn)器等領(lǐng)域有潛在的科研價(jià)值。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)于鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究尚處于起步階段，大多研究集中在納米鋁熱劑的制備方法、結(jié)構(gòu)表征以及熱動(dòng)力學(xué)分析等方面，而對(duì)鋁熱劑點(diǎn)火和燃燒性能的研究卻鮮有報(bào)道，尤其在溫度和燃速兩大方面。因此，開(kāi)發(fā)出一種研究鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量方法顯得十分必要。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01020228297.4，申請(qǐng)日為2010年6月18日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種測(cè)量物質(zhì)低溫低壓燃速的裝置，該申請(qǐng)案的裝置包括密封殼體、控溫裝置、減壓裝置、燃速支架、點(diǎn)火裝置和燃速測(cè)量裝置，密封殼體包括鋼板耐壓層、控溫層、隔熱層和塑料外殼，密封外殼前面是可以打開(kāi)的密封門(mén)，門(mén)中間有一個(gè)透明的有機(jī)玻璃觀察窗口，與燃燒支架水平對(duì)應(yīng)，其中燃燒支架包括銅柱、被測(cè)樣品、固定支架、絕緣柱和底座，點(diǎn)火裝置包括電源、電線、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和V型點(diǎn)火絲。但該申請(qǐng)案僅適用于研究固體推進(jìn)劑在低溫低壓環(huán)境下的點(diǎn)火性能、燃燒性能及燃燒穩(wěn)定性等重要參數(shù)，而對(duì)于呈分散狀的粉末顆粒很難實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火燃燒，另外該裝置無(wú)法得到測(cè)試樣燃燒過(guò)程中的溫度變化，因此其并不適用于鋁熱反應(yīng)點(diǎn)火及燃燒性能的研究。

又如，申請(qǐng)人于2011年4月29日申請(qǐng)的，申請(qǐng)?zhí)枮椋?01110110037.6，名稱為：新型實(shí)驗(yàn)用點(diǎn)火測(cè)溫裝置的申請(qǐng)案公開(kāi)了一種僅借助點(diǎn)火絲產(chǎn)生的熱量來(lái)引燃燃料的點(diǎn)火裝置，該點(diǎn)火測(cè)溫裝置包括點(diǎn)火絲、點(diǎn)火電源、點(diǎn)火臺(tái)，在點(diǎn)火臺(tái)上設(shè)有兩個(gè)點(diǎn)火孔和兩個(gè)測(cè)溫孔，點(diǎn)火臺(tái)中央上方的支架上放置點(diǎn)火測(cè)溫筒，點(diǎn)火測(cè)溫筒上開(kāi)有小孔并設(shè)置有熱電偶，熱電偶通過(guò)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)點(diǎn)火臺(tái)上兩個(gè)測(cè)溫孔與測(cè)溫計(jì)連接，點(diǎn)火臺(tái)測(cè)溫筒上方放置點(diǎn)火絲，點(diǎn)火絲兩端固定在兩個(gè)外側(cè)套有托架，壓簧和緊固旋片的點(diǎn)火柱上，兩根點(diǎn)火柱固定在點(diǎn)火臺(tái)上，并分別通過(guò)點(diǎn)火臺(tái)上的兩個(gè)點(diǎn)火孔與點(diǎn)火電源連接，點(diǎn)火電源有插頭、斷電保護(hù)器、接觸式調(diào)壓器通過(guò)導(dǎo)線連接。該申請(qǐng)案的構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)室中燃料的點(diǎn)火溫度和燃料燃燒的溫度，但采用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)燃料的整個(gè)燃燒過(guò)程均裸露在外界環(huán)境中，存在一定的安全隱患，而且燃燒濺射出的實(shí)驗(yàn)殘?jiān)灰资占４送?，采用該申?qǐng)案的裝置進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，其測(cè)量結(jié)果存在一定的誤差，從而影響研究結(jié)果，且該裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)燃料燃速的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于克服目前現(xiàn)有燃燒溫度與燃速測(cè)量裝置不適用于鋁熱反應(yīng)點(diǎn)火與燃燒過(guò)程的研究，其測(cè)量結(jié)果存在偏差的不足，提供了一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及測(cè)量方法。采用本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)呈分散狀鋁熱反應(yīng)混合顆粒的點(diǎn)火和燃燒，并結(jié)合了實(shí)驗(yàn)操作同步控制化和燃燒過(guò)程可視化兩大優(yōu)勢(shì)，從而能夠簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、系統(tǒng)地獲取鋁熱反應(yīng)過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)與燃速數(shù)據(jù)。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，包括氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)、高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)和燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，其中，所述的氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)用于為高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)供應(yīng)鋁熱反應(yīng)所需的氣體，所述的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)用于為高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的鋁熱反應(yīng)粉末點(diǎn)火，所述的高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)包括保護(hù)管、燃燒槽和拉伸桿，保護(hù)管的兩端設(shè)有密封塞，燃燒槽置于保護(hù)管內(nèi)部，所述拉伸桿的一端與燃燒槽端部可拆卸連接，其另一端穿過(guò)密封塞伸至保護(hù)管外部；

所述的燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括熱電偶、數(shù)據(jù)采集儀、高速攝像機(jī)、相機(jī)支架和計(jì)算機(jī)，所述熱電偶的偶頭部位插入到燃燒槽的中心位置，其輸出端貫穿拉伸桿與數(shù)據(jù)采集儀的輸入端相連；所述高速攝像機(jī)位于保護(hù)管外部正對(duì)燃燒槽放置，該高速攝像機(jī)及數(shù)據(jù)采集儀均與計(jì)算機(jī)相連。

更進(jìn)一步的，所述的氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括高壓氣罐、質(zhì)量流量計(jì)、流量計(jì)控制儀和氣體導(dǎo)入管，其中，所述的高壓氣罐通過(guò)輸氣管路與氣體導(dǎo)入管的一端相連，氣體導(dǎo)入管的另一端穿過(guò)密封塞伸入保護(hù)管內(nèi)部；所述高壓氣罐與氣體導(dǎo)入管之間的輸氣管路上設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)，且質(zhì)量流量計(jì)還與流量計(jì)控制儀相連。

更進(jìn)一步的，所述的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)火柱、加熱絲、調(diào)壓器和斷電保護(hù)器，所述點(diǎn)火柱固定于燃燒槽的一端，加熱絲的兩端分別固定于兩根點(diǎn)火柱上；所述調(diào)壓器的輸入端接入220V交流電壓，調(diào)壓器的輸出端與斷電保護(hù)器的輸入端相連，斷電保護(hù)器的輸出端接有兩根金屬導(dǎo)線，并貫穿拉伸桿與加熱絲的兩端相連。

更進(jìn)一步的，所述點(diǎn)火柱的表面均套設(shè)有絕緣陶瓷管，絕緣陶瓷管上加工有接線凹槽，兩根金屬導(dǎo)線分別與所述加熱絲的兩端纏繞在兩個(gè)接線凹槽內(nèi)。

更進(jìn)一步的，所述的燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)還包括同步控制器，該同步控制器的輸出端與斷電保護(hù)器、高速攝像機(jī)及計(jì)算機(jī)均相連。

更進(jìn)一步的，所述的燃燒槽由不銹鋼制成，燃燒槽的長(zhǎng)度為100～200mm，寬度為15～30mm，高度為8～16mm，在燃燒槽上表面加工有長(zhǎng)度為100～200mm，寬度6～12mm，深度為4～8mm的凹槽，凹槽兩側(cè)設(shè)有刻度。

更進(jìn)一步的，所述的保護(hù)管由透明石英管制成，其長(zhǎng)度為30～40cm，厚度為4～5mm，端面內(nèi)徑為10～12cm；所述的密封塞材質(zhì)為橡皮塞，密封塞上設(shè)有6～7mm的通孔用于連接氣體導(dǎo)入管；所述的氣體導(dǎo)入管由石英材質(zhì)制成，氣體導(dǎo)入管的長(zhǎng)度為10～15cm，直徑為5～6mm。

更進(jìn)一步的，所述的拉伸桿由剛玉管加工制成，在距離其一端5～6cm的位置處加工有四個(gè)呈L型的通孔，通孔貫穿整個(gè)拉伸桿，且通孔的孔徑為4～5mm。

更進(jìn)一步的，所述的點(diǎn)火柱由M4螺栓加工制成，所述的絕緣陶瓷管為空心圓柱體，該圓柱體長(zhǎng)度為4～5mm，直徑為4～5mm；所述的加熱絲選用鎳鈷材質(zhì)，加熱絲的直徑規(guī)格為0.5～1mm，加熱絲在引燃處設(shè)計(jì)為螺旋狀；所述的熱電偶選用鉑銠S型。

本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，采用本發(fā)明的測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其具體步驟如下：

步驟一、鋁熱劑的布置

將制備好的鋁熱劑顆粒完全填充在燃燒槽的凹槽中，并通過(guò)振蕩器振蕩使鋁熱劑分布均勻；使拉伸桿與燃燒槽的一端相連，通過(guò)推動(dòng)拉伸桿將燃燒槽推入到保護(hù)管的中心位置；

步驟二、實(shí)驗(yàn)同步控制

打開(kāi)高壓氣罐上的氣閥后，通過(guò)計(jì)算機(jī)開(kāi)啟同步控制器，控制質(zhì)量流量計(jì)先通入設(shè)定流量的氣體充滿整個(gè)保護(hù)管，再同步打開(kāi)高速攝像機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀和斷電保護(hù)器；

步驟三、燃燒數(shù)據(jù)采集：

通過(guò)熱電偶采集鋁熱劑燃燒過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)得到不同時(shí)刻燃燒溫度數(shù)據(jù)；同時(shí)，高速攝像機(jī)對(duì)保護(hù)管內(nèi)的燃燒過(guò)程進(jìn)行全程錄像，燃燒一旦開(kāi)始，計(jì)算機(jī)每間隔20ms就會(huì)截取一次燃燒圖片；燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制同步控制器，依次關(guān)閉質(zhì)量流量計(jì)、高速攝像機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀和斷電保護(hù)器，然后收集燃燒槽表面的實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?/p>

步驟四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理：

根據(jù)采集到的不同時(shí)刻燃燒溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理得到整個(gè)燃燒過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化曲線；同時(shí)燃燒開(kāi)始后，計(jì)算機(jī)每間隔20ms截取一次燃燒圖片，將所截取的圖片上火焰?zhèn)鞑ゲ煌瑫r(shí)刻對(duì)應(yīng)燃燒槽上的刻度線位置L₁，L₂，L₃…...L_n依次輸入到計(jì)算機(jī)，則：

0～20ms的平均燃速

20～40ms的平均燃速

······

······

(n-1)*20～n*20ms的平均燃速

計(jì)算機(jī)根據(jù)上述公式自動(dòng)計(jì)算每間隔20ms內(nèi)火焰的傳播平均速度，再通過(guò)處理即得到整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中燃速隨時(shí)間的變化曲線。

3.有益效果

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：

(1)本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，包括氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)、高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)和燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，其高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)包括保護(hù)管、燃燒槽和拉伸桿，保護(hù)管的兩端設(shè)有密封塞，燃燒槽置于保護(hù)管內(nèi)部，所述拉伸桿的一端與燃燒槽端部可拆卸連接，其另一端穿過(guò)密封塞伸至保護(hù)管外部，本發(fā)明的裝置是根據(jù)鋁熱反應(yīng)的特點(diǎn)專門(mén)設(shè)計(jì)的，通過(guò)該裝置能夠?qū)︿X熱反應(yīng)的溫度和燃速進(jìn)行精確測(cè)量，且能夠獲得不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度與燃速數(shù)據(jù)，有利于全面深入研究鋁熱反應(yīng)的燃燒狀態(tài)和燃燒機(jī)理。

(2)本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，所述的氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括高壓氣罐、質(zhì)量流量計(jì)、流量計(jì)控制儀和氣體導(dǎo)入管，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)能夠?qū)νㄈ敕磻?yīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的氣體流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過(guò)流量計(jì)控制儀能夠準(zhǔn)確調(diào)節(jié)氣體的流量。

(3)本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，所述的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)火柱、加熱絲、調(diào)壓器和斷電保護(hù)器，調(diào)壓器的輸入端接入220V交流電壓，調(diào)壓器的輸出端與斷電保護(hù)器的輸入端相連，斷電保護(hù)器的輸出端接有兩根金屬導(dǎo)線，并貫穿拉伸桿與加熱絲的兩端相連，通過(guò)調(diào)壓器可以調(diào)節(jié)點(diǎn)火絲的輸入電壓，便于點(diǎn)火啟動(dòng)。由于金屬導(dǎo)線貫穿拉伸桿后與加熱絲的兩端相連，從而可以對(duì)金屬導(dǎo)線進(jìn)行有效保護(hù)。

(4)本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，所述點(diǎn)火柱的表面均套設(shè)有絕緣陶瓷管，絕緣陶瓷管上加工有接線凹槽，兩根金屬導(dǎo)線分別與所述加熱絲的兩端纏繞在兩個(gè)接線凹槽內(nèi)，從而能夠使得整個(gè)電路通路，同時(shí)絕緣陶瓷管也避免了短路現(xiàn)象的發(fā)生，并調(diào)整加熱絲的位置對(duì)準(zhǔn)凹槽前沿面。

(5)本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，所述的燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)還包括同步控制器，該同步控制器的輸出端與斷電保護(hù)器、高速攝像機(jī)、質(zhì)量流量計(jì)及計(jì)算機(jī)均相連，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的同步控制，減輕了實(shí)驗(yàn)人員的操作量，同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將加熱絲的點(diǎn)火延遲影響和氣體的使用量變化降低到最小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中燃燒槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中拉伸桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中鋁熱反應(yīng)(0.2克鋁粉和0.2克氧化銅混合的鋁熱劑)不同時(shí)刻溫度數(shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果；

圖5是本發(fā)明中鋁熱反應(yīng)(0.2克鋁粉和0.2克氧化銅混合的鋁熱劑)每間隔20ms的平均燃速的測(cè)試結(jié)果。

示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1、高壓氣罐；2、質(zhì)量流量計(jì)；3、流量控制儀；4、氣體導(dǎo)入管；5、密封塞；6、保護(hù)管；7、底座；8、燃燒槽；9、拉伸桿；10、點(diǎn)火柱；11、絕緣陶瓷管；12、接線槽；13、加熱絲；14、金屬導(dǎo)線；15、調(diào)壓器；16、斷電保護(hù)器；17、熱電偶；18、保護(hù)套管；19、數(shù)據(jù)采集儀；20、高速攝像機(jī)；21、相機(jī)支架；22、計(jì)算機(jī)；23、同步控制器。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1-圖3所示，本實(shí)施例的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，包括氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)、高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)和燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)。其中，所述的氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)用于為高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)供應(yīng)鋁熱反應(yīng)所需的氣體，該氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括高壓氣罐1、質(zhì)量流量計(jì)2、流量計(jì)控制儀3和氣體導(dǎo)入管4，高壓氣罐1用來(lái)儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)所需的反應(yīng)氣體，并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體要求相應(yīng)地更換。上述高壓氣罐1通過(guò)輸氣管路與氣體導(dǎo)入管4的一端相連，氣體導(dǎo)入管4的另一端穿過(guò)密封塞5伸入保護(hù)管6內(nèi)部；所述高壓氣罐1與氣體導(dǎo)入管4之間的輸氣管路上設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)2，且質(zhì)量流量計(jì)2還與流量計(jì)控制儀3相連。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，高壓氣罐1中的氣體通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)2由氣體導(dǎo)入管4供入反應(yīng)區(qū)，從而控制整個(gè)鋁熱反應(yīng)的反應(yīng)氣氛。流量計(jì)控制儀3通過(guò)控制質(zhì)量流量計(jì)來(lái)控制進(jìn)入氣體導(dǎo)入管4的流量，由于流量計(jì)控制儀3連接上了計(jì)算機(jī)22，所以可以在計(jì)算機(jī)22上設(shè)置質(zhì)量流量計(jì)控制3的流量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的同步控制。本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣體流量設(shè)置在15mL/min。

所述的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)用于為高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的鋁熱反應(yīng)粉末點(diǎn)火，該點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)火柱10、加熱絲13、調(diào)壓器15和斷電保護(hù)器16，所述點(diǎn)火柱10固定于燃燒槽8的一端，加熱絲13的兩端分別固定于兩根點(diǎn)火柱10上；所述調(diào)壓器15的輸入端接入220V交流電源，調(diào)壓器15可以將220V的交流電轉(zhuǎn)換為0～250V的直流電，調(diào)壓器15的輸出端與斷電保護(hù)器16的輸入端相連，斷電保護(hù)器16的輸出端接有兩根金屬導(dǎo)線14，并貫穿拉伸桿9與加熱絲13的兩端相連，從而能夠控制點(diǎn)火絲13的輸入電壓。本實(shí)施例中兩根點(diǎn)火柱10均由長(zhǎng)度為15mm的M4螺栓加工制成，與燃燒槽8一端通過(guò)螺紋相連接。帶有接線凹槽12的絕緣陶瓷管11分別固定在兩根點(diǎn)火柱10上，絕緣陶瓷管11為空心圓柱體，該圓柱體長(zhǎng)度為4～5mm，直徑為4～5mm，且絕緣陶瓷管11上加工有接線凹槽12，兩根金屬導(dǎo)線14分別與所述加熱絲13的兩端纏繞在兩個(gè)接線凹槽12內(nèi)，從而能夠使得整個(gè)電路通路，同時(shí)絕緣陶瓷管11也避免了短路現(xiàn)象的發(fā)生，并調(diào)整加熱絲13的位置對(duì)準(zhǔn)凹槽前沿面。上述加熱絲13選用鎳鈷材質(zhì)，加熱絲的直徑規(guī)格為0.5mm，加熱絲13在引燃處設(shè)計(jì)為螺旋狀，同時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求改變螺旋的匝數(shù)。

所述的高溫反應(yīng)機(jī)構(gòu)包括保護(hù)管6、燃燒槽8和拉伸桿9，保護(hù)管6的兩端設(shè)有密封塞5，密封塞5為圓臺(tái)狀，由橡膠制成，密封塞5上設(shè)有6mm的通孔用于連接氣體導(dǎo)入管4；上述燃燒槽8置于保護(hù)管6內(nèi)部，所述拉伸桿9的一端與燃燒槽8端部可拆卸連接，其另一端穿過(guò)密封塞5伸至保護(hù)管6外部。上述保護(hù)管6為空心圓柱體，由透明石英管制成，從而能夠避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)石英管破裂，本實(shí)施例中保護(hù)管6的規(guī)格為長(zhǎng)度為30cm，厚度為4mm，端面內(nèi)徑為10cm，保護(hù)管6的底部設(shè)有底座7，底座7為不銹鋼材質(zhì)，其上表面為凹圓面結(jié)構(gòu)，底座7高度為2cm，長(zhǎng)度為6cm，寬度為3cm，保護(hù)管6可以嵌入在底座上，在保護(hù)管6和底座7的接觸面上用雙面膠固定，以防止出現(xiàn)松動(dòng)。

圖2所示是燃燒槽8的結(jié)構(gòu)示意圖，該燃燒槽8由不銹鋼制成，燃燒槽8的長(zhǎng)度為100mm，寬度為15mm，高度為8mm，在燃燒槽8上表面加工有長(zhǎng)度為100mm，寬度5-6mm，深度為3-4mm的凹槽，點(diǎn)火前不同配方鋁熱劑需完全布置在凹槽內(nèi)并與燃燒槽8上表面保持水平，凹槽兩側(cè)設(shè)有刻度，從而方便實(shí)驗(yàn)人員直接讀取火焰?zhèn)鞑ノ恢?。所述的氣體導(dǎo)入管4由石英材質(zhì)制成，氣體導(dǎo)入管4的長(zhǎng)度為10cm，直徑為5mm。

圖3所示是拉伸桿9的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的拉伸桿9由剛玉管加工制成，長(zhǎng)度為30cm，整個(gè)拉伸桿9與燃燒槽8的一端通過(guò)螺紋連接，從而可以直接推動(dòng)拉伸桿9將燃燒槽8推入到保護(hù)管相應(yīng)位置。在距離其一端6cm的位置處加工有四個(gè)呈L型的通孔，通孔貫穿整個(gè)拉伸桿9，且通孔的孔徑為4mm，熱電偶17和金屬導(dǎo)線14由點(diǎn)火柱10引出，通過(guò)這四個(gè)通孔分別與數(shù)據(jù)采集儀19和斷電保護(hù)器16相連接，從而一方面可以對(duì)金屬導(dǎo)線和熱電偶引線進(jìn)行保護(hù)，另一方面還能夠防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熱電偶的正負(fù)極引線接觸影響正常使用。

所述的燃燒數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括熱電偶17、保護(hù)套管18、數(shù)據(jù)采集儀19、高速攝像機(jī)20、相機(jī)支架21、計(jì)算機(jī)22和同步控制器23。所述熱電偶17選用直徑規(guī)格為100μm的鉑銠S型，其偶頭部位插入到燃燒槽8的中心位置，其輸出端貫穿拉伸桿9與數(shù)據(jù)采集儀19的輸入端相連。本實(shí)施例中數(shù)據(jù)采集儀19的型號(hào)是安捷倫34972A，可用來(lái)自動(dòng)記錄燃燒溫度數(shù)據(jù)。上述保護(hù)套管18用來(lái)貫穿整個(gè)熱電偶17，為了避免高溫熔化了熱電偶17。所述高速攝像機(jī)20位于保護(hù)管6外部正對(duì)燃燒槽8放置，該高速攝像機(jī)20及數(shù)據(jù)采集儀19均與計(jì)算機(jī)22相連。上述同步控制器23的輸出端與斷電保護(hù)器16、高速攝像機(jī)20、質(zhì)量流量計(jì)2及計(jì)算機(jī)22均相連。

當(dāng)鋁熱劑點(diǎn)火燃燒后，可通過(guò)高速攝像機(jī)20對(duì)燃燒槽8上的燃燒火焰進(jìn)行全程記錄，高速攝像機(jī)20的型號(hào)是Phantom v311，其記錄速度高達(dá)1000幀/秒。高速攝像機(jī)20的輸出端與計(jì)算機(jī)22的輸入端相連接，計(jì)算機(jī)22上安裝有數(shù)據(jù)采集儀19和高速攝像機(jī)20相配套使用軟件。同時(shí)，同步控制器23的輸出端與計(jì)算機(jī)22的輸入端相連接，控制實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量流量計(jì)、點(diǎn)火器、數(shù)據(jù)采集儀19和高速攝像機(jī)20的同步開(kāi)啟關(guān)閉。

本實(shí)施例中，還可在拉伸桿9上增設(shè)2個(gè)L型通孔，在內(nèi)部貫穿有火焰粒子探針和壓力傳感器，用以測(cè)量鋁熱反應(yīng)過(guò)程中的燃燒火焰強(qiáng)度和壓力變化，從而更加深入研究鋁熱劑的燃燒機(jī)理。

本實(shí)施例的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，采用本實(shí)施例的測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其具體步驟如下：

步驟一、鋁熱劑的布置

將制備好的鋁熱劑顆粒完全填充在燃燒槽8的凹槽中，并通過(guò)振蕩器振蕩使鋁熱劑分布均勻；使拉伸桿9與燃燒槽8的一端相連，通過(guò)推動(dòng)拉伸桿9將燃燒槽8推入到保護(hù)管6的中心位置；

步驟二、實(shí)驗(yàn)同步控制

打開(kāi)高壓氣罐1上的氣閥后，通過(guò)計(jì)算機(jī)22開(kāi)啟同步控制器23，計(jì)算機(jī)22會(huì)根據(jù)內(nèi)部的同步控制程序先打開(kāi)質(zhì)量流量計(jì)2通入15mL/min氣體充滿整個(gè)保護(hù)管，約5秒后再同步打開(kāi)高速攝像機(jī)20、數(shù)據(jù)采集儀19和斷電保護(hù)器16，此時(shí)在燃燒槽8上將會(huì)觀察到鋁熱劑發(fā)生劇烈反應(yīng)。

步驟三、燃燒數(shù)據(jù)采集：

通過(guò)熱電偶17采集鋁熱劑燃燒過(guò)程中不同時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器19，數(shù)據(jù)采集器19將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)22，計(jì)算機(jī)22得到不同時(shí)刻燃燒溫度數(shù)據(jù)；同時(shí)，高速攝像機(jī)22對(duì)保護(hù)管6內(nèi)的燃燒過(guò)程進(jìn)行全程錄像，燃燒一旦開(kāi)始，計(jì)算機(jī)22每間隔20ms就會(huì)截取一次燃燒圖片，實(shí)驗(yàn)人員可以直接讀出火焰?zhèn)鞑サ奈恢?，而不需通過(guò)繁雜的計(jì)算處理。燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)計(jì)算機(jī)22控制同步控制器23，依次關(guān)閉質(zhì)量流量計(jì)2、高速攝像機(jī)20、數(shù)據(jù)采集儀19和斷電保護(hù)器16，然后收集燃燒槽8表面的實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?/p>

步驟四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理：

根據(jù)采集到的不同時(shí)刻燃燒溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)22自動(dòng)處理得到整個(gè)燃燒過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化曲線；同時(shí)燃燒開(kāi)始后，計(jì)算機(jī)22每間隔20ms截取一次燃燒圖片，將所截取的圖片上火焰?zhèn)鞑ゲ煌瑫r(shí)刻對(duì)應(yīng)燃燒槽8上的刻度線位置L₁，L₂，L₃…...L_n依次輸入到計(jì)算機(jī)22，即：

0～20ms的平均燃速

20～40ms的平均燃速

······

······

(n-1)*20～n*20ms的平均燃速

計(jì)算機(jī)22根據(jù)上述公式自動(dòng)計(jì)算每間隔20ms內(nèi)火焰的傳播平均速度，再通過(guò)處理即得到整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中燃速隨時(shí)間的變化曲線。如圖4、圖5所示分別為本實(shí)施例所得0.2克鋁粉和0.2克氧化銅混合的鋁熱劑進(jìn)行鋁熱反應(yīng)的溫度及燃速的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。

本實(shí)施例能夠?qū)︿X熱反應(yīng)溫度與燃速變化進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了燃燒狀態(tài)可視化，實(shí)驗(yàn)操作同步控制化和數(shù)據(jù)采集處理一體化的功能，減輕了實(shí)驗(yàn)人員的工作量，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，特別對(duì)于研究不同配方鋁熱劑的點(diǎn)火性能、燃燒性能、燃燒穩(wěn)定性等方面具有重要意義。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其不同之處在于：燃燒槽8長(zhǎng)度為200mm，寬度為15mm，高度為8mm；燃燒槽8上表面的凹槽的長(zhǎng)度為200mm，寬度為6mm，深度為6mm。所述保護(hù)管的長(zhǎng)度為40cm，厚度為5mm，端面內(nèi)徑為12cm；所述的密封塞材質(zhì)為橡皮塞，所述氣體導(dǎo)入管的長(zhǎng)度為12cm，直徑為5mm；所述加熱絲的直徑規(guī)格為1mm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其不同之處在于，燃燒槽8長(zhǎng)度為160mm，寬度為30mm，高度為10mm；燃燒槽8上表面的凹槽的長(zhǎng)度為100mm，寬度為12mm，深度為4mm。所述保護(hù)管的長(zhǎng)度為33cm，厚度為5mm，端面內(nèi)徑為11cm；所述的密封塞材質(zhì)為橡皮塞，所述氣體導(dǎo)入管的長(zhǎng)度為15cm，直徑為6mm；所述加熱絲的直徑規(guī)格為0.7mm。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的一種鋁熱反應(yīng)溫度與燃速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其不同之處在于，燃燒槽8總長(zhǎng)度為100mm，寬度為22mm，高度為12mm；燃燒槽8上表面的凹槽的長(zhǎng)度為140mm，寬度為9mm，深度為8mm。所述保護(hù)管的長(zhǎng)度為37cm，厚度為5mm，端面內(nèi)徑為10cm；所述的密封塞材質(zhì)為橡皮塞，所述氣體導(dǎo)入管的長(zhǎng)度為14cm，直徑為6mm；所述加熱絲的直徑規(guī)格為0.9mm。

以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的機(jī)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。