本發(fā)明涉及含能材料燃燒性能實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是涉及一種用于固體粉末高壓燃燒的自動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、鋁粉等高熱值金屬粉末在高能固體燃料領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。目前研究固體燃料粉末點(diǎn)火燃燒性能所采用的點(diǎn)火方式主要有激波管點(diǎn)火、平焰燃燒器點(diǎn)火、管式爐點(diǎn)火、激光器點(diǎn)火等，使用本生爐點(diǎn)火的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置普遍存在操作繁瑣、等待時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)連續(xù)性差的缺點(diǎn)，而管式爐點(diǎn)火因其具有點(diǎn)火溫度高、升溫速率快、安全性高等一系列優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于固體燃料粉末的點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)中?，F(xiàn)階段常見(jiàn)的管式爐大多為全閉式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)法滿(mǎn)足固體粉末高壓燃燒實(shí)驗(yàn)所需的可視化及自動(dòng)送樣要求。

2、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01420111794.4的實(shí)用新型專(zhuān)利，公開(kāi)了一種可視管式爐，該發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以清楚地觀(guān)察加熱的樣品、熱電偶的位置和操作過(guò)程，但無(wú)法滿(mǎn)足高壓點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)的特定需求，并且需要內(nèi)置點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，使得實(shí)際使用存在一定局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)法滿(mǎn)足高壓點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)的特定需求，并且需要內(nèi)置點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，使得實(shí)際使用存在一定局限性的問(wèn)題，現(xiàn)提供了一種用于固體粉末高壓燃燒的自動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種用于固體粉末高壓燃燒的自動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括用于存儲(chǔ)所需壓力氣體的儲(chǔ)氣瓶、可視化管式爐、攝影機(jī)、控制單元和石英管，所述石英管的一端設(shè)置有變徑噴嘴管口，所述變徑噴嘴管口與儲(chǔ)氣瓶的輸出端連通，所述變徑噴嘴管口與儲(chǔ)氣瓶之間設(shè)置有單向閥，所述石英管的另一端穿過(guò)可視化管式爐，所述石英管的另一端設(shè)置有單向泄壓裝置和自動(dòng)送樣裝置，所述自動(dòng)送樣裝置用于將樣品送入至石英管位于可視化管式爐中心處進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所述單向泄壓裝置位于可視化管式爐和自動(dòng)送樣裝置之間，所述單向泄壓裝置用于對(duì)石英管內(nèi)進(jìn)行泄壓，所述攝影機(jī)用于朝向可視化管式爐，所述攝影機(jī)和自動(dòng)送樣裝置均與控制單元信號(hào)連接。

3、所述單向泄壓裝置包括泄壓缸體，所述泄壓缸體具有主流道及主流道連通的泄壓通道，所述主流道的一端與石英管的另一端連通，所述主流道的另一端與自動(dòng)送樣裝置連通，所述泄壓通道的出口端設(shè)置有爆破片，所述泄壓通道內(nèi)由其一端向爆破片之間設(shè)置有依次設(shè)置有第一緩沖泄壓機(jī)構(gòu)、第二緩沖泄壓機(jī)構(gòu)和第三緩沖泄壓機(jī)構(gòu)，所述第一緩沖泄壓機(jī)構(gòu)用于對(duì)進(jìn)入泄壓通道的沖擊力進(jìn)行緩沖吸能，所述第二緩沖泄壓機(jī)構(gòu)用于對(duì)第一緩沖泄壓機(jī)構(gòu)的沖擊力進(jìn)行緩沖吸能，所述第三緩沖泄壓機(jī)構(gòu)用于對(duì)第二緩沖泄壓機(jī)構(gòu)的沖擊力進(jìn)行緩沖吸能。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本方案通過(guò)可視化管式爐對(duì)石英管進(jìn)行加熱，通過(guò)控制單元控制自動(dòng)送樣裝置進(jìn)行送樣，由攝影機(jī)記錄石英管內(nèi)的現(xiàn)象，并將記錄輸送至控制單元存儲(chǔ)并分析，無(wú)需點(diǎn)火裝置，且滿(mǎn)足固體粉末在不同溫度和壓力實(shí)驗(yàn)，多級(jí)泄壓保證了實(shí)驗(yàn)的安全穩(wěn)定。

4、為了便于制造泄壓缸和后期對(duì)泄壓缸的維護(hù)，優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述泄壓缸包括依次固定連接的下缸體、上缸體和頂蓋，所述主流道設(shè)置在下缸體上，所述下缸體上設(shè)置有第一通道，所述上缸體上設(shè)置有第二通道，所述頂蓋為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述爆破片通過(guò)頂蓋固定在上缸體上，所述第一通道和第二通道之間形成泄壓通道。

5、為了實(shí)現(xiàn)第一泄壓機(jī)構(gòu)，優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述第一泄壓機(jī)構(gòu)包括閥桿、閥芯和彈簧，所述閥桿的一端固定連接在上缸體上，所述閥芯的一端抵設(shè)在泄壓通道靠近主流道的一端，所述閥芯用于將泄壓通道和主流道之間封堵住，所述彈簧的一端設(shè)置在閥桿上，所述彈簧的另一端設(shè)置在閥芯上。通過(guò)彈簧將閥芯始終抵設(shè)在泄壓通道的一端，在收到?jīng)_擊時(shí)，帶動(dòng)閥芯位移并擠壓彈簧，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊的緩沖和吸能，降低沖擊力。

6、為了實(shí)現(xiàn)第二泄壓機(jī)構(gòu)，優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述第二緩沖泄壓機(jī)構(gòu)包括第一泄壓板，所述第一泄壓板固定在上缸體和下缸體之間，所述第一泄壓板上設(shè)置有第一泄壓孔，所述第一泄壓板將上缸體和下缸體相互隔開(kāi)，所述第一泄壓孔將第一流道和第二流道連通。

7、為了實(shí)現(xiàn)第三泄壓機(jī)構(gòu)，優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述第三緩沖泄壓機(jī)構(gòu)包括第二泄壓板，所述第二泄壓板固定在上缸體和頂蓋之間，所述第二泄壓板上設(shè)置有第二泄壓孔，所述第二泄壓板將上缸體和頂板相互隔開(kāi)，所述第一泄壓孔將第二流道和爆破片連通。

8、為了確保樣品實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性，優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述泄壓缸上設(shè)置有冷卻通道，所述冷卻通道用于對(duì)主流道內(nèi)樣品進(jìn)行冷卻并確保樣品不會(huì)改變特性。通過(guò)在泄壓缸上設(shè)置冷卻通道，冷卻通道吸收一部分熱量，保證在樣品放入過(guò)程中不會(huì)改變特性，直至樣品穩(wěn)定輸送至所需位置。

9、優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述冷卻通道為圍繞主流道設(shè)置并呈螺旋狀，所述冷卻通道的一端為輸入口，所述冷卻通道的一端為輸出口。

10、為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送樣裝置，優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述自動(dòng)送樣裝置包括殼體和用于放置樣品的樣品放置臺(tái)，所述殼體固定安裝在單向泄壓裝置上，所述殼體上設(shè)置有用于將樣品放置臺(tái)所需位置的輸送機(jī)構(gòu)。

11、優(yōu)選地一些實(shí)施方式，所述輸送機(jī)構(gòu)包括螺桿和電機(jī)，所述電機(jī)固定安裝在殼體上，所述殼體上設(shè)置有與螺桿相匹配的通孔，所述樣品放置臺(tái)設(shè)置在螺桿上，所述螺桿與石英管相對(duì)設(shè)置，所述螺桿的一端設(shè)置在通孔內(nèi)，所述電機(jī)的輸出端上設(shè)置大齒輪，所述殼體內(nèi)安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的小齒輪，所述小齒輪與螺桿螺紋連接，所述大齒輪和小齒輪相互嚙合，所述螺桿上沿其軸向開(kāi)設(shè)有限位槽，所述殼體上設(shè)置有與限位槽相匹配的限位塊，所述限位塊設(shè)置在限位槽內(nèi)。

12、一種采用如上述的用于固體粉末高壓燃燒的自動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，具體操作步驟如下：

13、s1、樣品布置，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段向樣品放置臺(tái)上放置金屬固體粉末，并將各實(shí)驗(yàn)組件安裝到位，并檢查裝置氣密性；

14、s2、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定，待各實(shí)驗(yàn)組件連接完畢后，卸下頂蓋，打開(kāi)儲(chǔ)氣瓶對(duì)石英管內(nèi)部吹掃三分鐘至五分鐘，吹掃完成后，安裝頂蓋，按設(shè)定溫度程序開(kāi)啟可視化管式爐對(duì)爐體進(jìn)行加熱，隨后再向冷卻通道中通入冷卻水，保證樣品在待測(cè)區(qū)域的穩(wěn)定狀態(tài)，隨后再打開(kāi)儲(chǔ)氣瓶，按設(shè)定壓力工況向石英管內(nèi)緩慢通入氣體，等待可視化管式爐內(nèi)部溫度和壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需工況后，關(guān)閉儲(chǔ)氣瓶，等待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)；

15、s3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，通過(guò)控制單元對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送樣裝置將樣品送入所需位置時(shí)，通過(guò)攝影機(jī)采集固體粉末點(diǎn)火燃燒過(guò)程中的圖像數(shù)據(jù)，攝影機(jī)通過(guò)控制單元內(nèi)置程序配合自動(dòng)送樣裝置聯(lián)合啟動(dòng)，以5000fps/s的拍攝幀率對(duì)點(diǎn)火燃燒過(guò)程進(jìn)行全程錄像；

16、s4、泄壓排氣，在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，若石英管內(nèi)壓力大于爆破片觸發(fā)壓力，則爆破片在規(guī)定壓力下爆破，釋放管內(nèi)壓力，若爆破片未觸發(fā)則手動(dòng)開(kāi)啟頂蓋進(jìn)行排氣泄壓，更換樣品或?qū)嶒?yàn)氣氛，重復(fù)上述步驟s1-s4。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、1、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，并降低了實(shí)驗(yàn)室的安全隱患，只需將稱(chēng)量好的樣品放置在樣品臺(tái)中，通過(guò)自動(dòng)送樣裝置推動(dòng)完成固體粉末燃燒實(shí)驗(yàn)，可以定量分析樣品的燃燒性能，并且可以保持樣品內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，保證了實(shí)驗(yàn)的可靠性。

19、2、實(shí)驗(yàn)條件可變，靈活性較強(qiáng)，在需要改變氣氛或壓力等實(shí)驗(yàn)參數(shù)時(shí)，只需更換儲(chǔ)氣瓶及調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣瓶上的減壓閥即可。

20、3.實(shí)驗(yàn)拍攝精準(zhǔn)，研究人員只需在控制單元上根據(jù)設(shè)定的控制程序進(jìn)行操作，即可完成樣品的給進(jìn)、攝影機(jī)的啟停和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在一定程度上簡(jiǎn)化了科研人員的工作量，有效地避免了因同時(shí)操作多臺(tái)設(shè)備而導(dǎo)致的失誤操作。

21、4、本發(fā)明一種用于固體粉末高壓燃燒的自動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法在使用時(shí)，可視化管式爐對(duì)石英管進(jìn)行加熱，通過(guò)控制單元控制自動(dòng)送樣裝置進(jìn)行送樣，由攝影機(jī)記錄石英管內(nèi)的現(xiàn)象，并將記錄輸送至控制單元存儲(chǔ)并分析，實(shí)現(xiàn)固體粉末在高壓下的自動(dòng)化穩(wěn)定燃燒及圖像采集，無(wú)需點(diǎn)火裝置，且滿(mǎn)足固體粉末在不同溫度和壓力實(shí)驗(yàn)，多級(jí)泄壓保證了實(shí)驗(yàn)的安全穩(wěn)定，本方案裝置適用于研究各種高溫、氣氛和氣壓情況下可視化管式爐中固體粉末燃燒特性實(shí)驗(yàn)，便于對(duì)固體燃燒特性進(jìn)行系統(tǒng)的采集，保證了實(shí)驗(yàn)的安全性及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)法滿(mǎn)足高壓點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)的特定需求，并且需要內(nèi)置點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，使得實(shí)際使用存在一定局限性的問(wèn)題。