一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置及方法与流程

技术特征：
1.一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：包括燃烧室(1)、进样系统、排气系统、温控系统以及数据采集与处理系统；所述燃烧室(1)采用不锈钢材质，其端部设有视窗口(11)，侧壁开设有沿燃烧室(1)同一周向布置的燃料进气口(12)和氧化剂进气口(13)；所述进样系统包括燃料供应单元和氧化剂供应单元；所述燃料供应单元包括燃料罐(21)、单向阀(22)、燃料质量流量计(23)和燃料供应管(24)；燃料供应管(24)设置在燃料进气口(12)上，出口端伸向燃烧室(1)中心，且处于视窗口(11)可观测范围内，入口端通过依次设置的燃料质量流量计(23)、单向阀(22)与燃料罐(21)相连通；所述氧化剂供应单元包括氧化剂罐(31)、第一机械阀(32)和氧化剂供应管(34)；氧化剂供应管(34)设置在氧化剂进气口(13)上，出口端朝向燃烧室(1)中心，并处于视窗口(11)可观测范围内，入口端通过依次设置的第一机械阀(32)与氧化剂罐(31)相连通；所述排气系统位于燃烧室(1)外，并与燃烧室(1)内腔连通；所述温控系统包括加热带(41)和温度调节器(42)，加热带(41)包裹在燃烧室(1)外侧壁上，温度调节器(42)与加热带(41)相连；所述数据采集与处理系统包括高速摄像机(9)和计算机(10)；高速摄像机(9)用于通过视窗口(11)拍摄燃料供应管(24)出口端出射的燃料与氧化剂供应管(34)出口端出射的氧化剂从进入燃烧室(1)内到二者相遇，再到点火过程的图像数据；所述计算机(10)获取高速摄像机(9)的图像数据并处理，获得自燃型燃料的点火延迟时间。2.根据权利要求1所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：所述燃烧室(1)为两端开口的空腔结构，其两端开口处均设置有视窗口(11)；所述燃料进气口(12)和氧化剂进气口(13)位于燃烧室(1)侧壁的中部，且燃料进气口(12)和氧化剂进气口(13)沿燃烧室(1)同一圆周方向均布；所述燃烧室(1)上还设有压力计(18)。3.根据权利要求2所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：还包括压力采集系统；所述压力采集系统包括压力传感器(71)、电荷放大器(72)和数据采集系统(73)；压力传感器(71)设置在燃烧室(1)侧壁上，并通过电荷放大器(72)与数据采集系统(73)相连；所述计算机(10)获取数据采集系统(73)的数据，用于获得点火及燃烧过程中燃烧室(1)的压力变化，作为判别点火是否发生的条件。4.根据权利要求1至3任一所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：还包括设置在燃烧室(1)外侧的纹影仪；所述纹影仪包括光源(81)以及沿光源(81)出射方向依次设置的狭缝(82)、第一平面镜(83)、第一凹面镜(84)、第二凹面镜(85)、第二平面镜(86)和刀口(87)；所述第一凹面镜(84)和第二凹面镜(85)分别设置在两个视窗口(11)的外侧，且第一凹面镜(84)和和第二凹面镜(85)均为背向燃烧室(1)方凸的反射镜；所述高速摄像机(9)位于刀口(87)的出口光路上。5.根据权利要求4所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：还包括光纤(61)和单色仪(62)；
所述燃烧室(1)侧壁还设有窗口(15)，光纤(61)的一端抵靠在窗口(15)上，另一端与燃烧室(1)外的单色仪(62)相连，所述计算机(10)与单色仪(62)相连；光纤(61)通过窗口(15)采集燃烧室(1)内点火和燃烧过程中自由基发射光谱，并传输给单色仪(62)，单色仪(62)将光信号转换为电压信号，并传输给计算机(10)，计算机(10)根据该电压信号判别点火是否发生。6.根据权利要求5所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：所述燃烧室(1)侧壁的靠近视窗口(11)的端部开设有排气口(14)；所述排气系统包括第二机械阀(51)、排气阀(52)、真空泵(53)和真空计(54)，真空泵(53)通过依次设置的排气阀(52)、第二机械阀(51)与排气口(14)相连通，真空计(54)设置在第二机械阀(51)和排气阀(52)之间的管路上。7.根据权利要求6所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：所述视窗口(11)采用石英光学玻璃材质。8.根据权利要求7所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：所述温控系统还包括与温度调节器(42)相连的温度显示仪(43)。9.根据权利要求8所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特征在于：所述燃料供应管(24)采用可拆卸连接方式设置在燃料进气口(12)上；所述氧化剂供应管(34)采用可拆卸连接方式设置在氧化剂进气口(13)上。10.一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验方法，其特征在于，采用权利要求1所述用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，包括以下步骤：步骤一、抽真空处理1.1)将燃烧室(1)水平放置，氧化剂进气口(13)位于底部，燃料进气口(12)置于顶部；1.2)打开排气系统，使燃烧室(1)的真空度达到实验所需条件，关闭排气系统；步骤二、燃料和氧化剂进入燃烧室2.1)打开氧化剂罐(31)的开口阀门和第一机械阀(32)，氧化剂进气完毕后关闭第一机械阀(32)；以及，打开燃料罐(21)的开口阀门和单向阀(22)，调节燃料质量流量计(23)，使燃料罐(21)中的燃料按实验设计流量进入燃烧室(1)；2.2)根据燃料质量流量计(23)的流量和燃料供应管(24)长度，获得燃料质量流量计(23)的流速；步骤三、实验3.1)开启计算机(10)和高速摄像机(9)；3.2)根据步骤2.2)所获得燃料质量流量计(23)的流速，以及燃料供应管(24)的长度，计算燃料进入燃烧室(1)的时间；3.3)高速摄像机(9)在步骤3.2)时间之前采集图像，直至燃料供应管(24)出口端喷出的燃料与燃烧室(1)内氧化剂相遇点火；3.4)计算机(10)对高速摄像机(9)采集到的数据进行分析处理，从中截取二者相遇到点火的时间历程，获得自燃型燃料的点火延迟时间。

技术总结
本发明提供一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置及方法，解决现有自燃型燃料点火过程中，无法采用普通碳氢燃料实验装置进行点火特性研究的问题。装置包括燃烧室、燃料供应单元、氧化剂供应单元、与燃烧室连通排气系统、设在燃烧室外侧壁的温控系统、高速摄像机和计算机；燃烧室设有视窗口、燃料进气口和氧化剂进气口；燃料供应单元包括燃料罐和燃料供应管；燃料供应管设在燃料进气口上，出口伸向燃烧室中心，入口与燃料罐相连通；氧化剂供应单元包括氧化剂罐和氧化剂供应管；氧化剂供应管设在氧化剂进气口上，入口与氧化剂罐相连通；高速摄像机拍摄燃料与氧化剂从相遇到点火过程的图像；计算机对图像处理，获得自燃型燃料点火延迟时间。料点火延迟时间。料点火延迟时间。


技术研发人员：吴金 李阳 杜宗罡 梁金虎 李晓亮 赵晨 王新辉 徐政枫
受保护的技术使用者：西安航天动力试验技术研究所
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/1/14