一種狹縫式微型定容燃燒裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種狹縫式微型定容燃燒裝置，包括燃燒室，以及與燃燒室相連的泄壓閥、進氣管、排氣管和點火機構，進氣管和排氣管上分別設有閥門，還包括設有階梯型通孔的上蓋板，以及設有凹槽的下蓋板，燃燒室由設置在頂部的透明的上平板、設置在底部的透明的下平板以及設置在側面的透明的側壁板所圍成，上平板和側壁板上端嵌在所述階梯型通孔中，側壁板下端和下平板嵌在所述凹槽內，上蓋板和下蓋板相對設置并固定連接。由上平板、下平板和側壁板圍成封閉的燃燒室，通過調整側壁圍板高度實現(xiàn)微型燃燒室特征尺度可調，再通過上蓋板和下蓋板對燃燒室進行定位和緊固，其結構簡單、合理，能利用光學測試儀器，實現(xiàn)對微小空間內定容燃燒過程的研究。
【專利說明】一種狹縫式微型定容燃燒裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微尺度燃燒【技術領域】，特別是涉及一種狹縫式微型定容燃燒裝置。

【背景技術】
[0002]定容燃燒裝置是一種用來研究氣體和液體燃料燃燒反應特性的常用實驗平臺，可以在壓力、溫度、燃料成分、燃料氧化劑配比等變化條件下，實現(xiàn)燃料的著火與火焰?zhèn)鞑ト紵匦缘目梢暬瘻y試，獲得燃燒速度、壓力升高特性、瞬時火焰形態(tài)等重要參數(shù)，達到掌握燃料燃燒基本特性的目的，是再現(xiàn)發(fā)動機燃燒室內燃燒過程的重要裝置。
[0003]隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品需要高能量密度的微型供能系統(tǒng)，如航模、無人機和便攜儀器等，作為實現(xiàn)高能量密度輸出的一種微型供能方案，關于微型發(fā)動機的研究越來越多。由于燃料燃燒的熱量釋放與燃燒特征尺度的立方成正比，而熱功轉換與燃燒特征尺度的平方成正比，所以，與常規(guī)尺度發(fā)動機相比較，燃燒空間尺寸變小可以顯著提升微型發(fā)動機的功率密度。
[0004]受燃燒特征尺度縮小的影響，微型發(fā)動機內燃燒過程會同常規(guī)尺度的存在顯著差另IJ，顯然，常規(guī)尺度定容燃燒裝置不適合微小空間內的燃燒過程研究，因此需要微型定容燃燒裝置進行研究，然而目前技術發(fā)展中尚無這種研究、實驗的裝置平臺。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種狹縫式微型定容燃燒裝置，用以可視化觀測微型發(fā)動機內關鍵熱力循環(huán)步驟——燃料定容燃燒過程，實現(xiàn)對微型發(fā)動機內復雜燃燒過程的研究。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種狹縫式微型定容燃燒裝置，包括燃燒室，以及與所述燃燒室相連的泄壓閥、進氣管、排氣管和點火機構，所述進氣管和排氣管上分別設有閥門，其特征在于，還包括設有階梯型通孔的上蓋板，以及設有凹槽的下蓋板，所述燃燒室由設置在頂部的透明的上平板、設置在底部的透明的下平板以及設置在側面的透明的側壁板所圍成，所述上平板和側壁板上端嵌在所述階梯型通孔中，所述側壁板下端和下平板嵌在所述凹槽內，所述上蓋板和下蓋板相對設置并固定連接。
[0008]由上平板、下平板和側壁板圍成封閉的整體透明狹縫式微型燃燒室，通過上蓋板和下蓋板對燃燒室進行定位和緊固，確保燃燒室在定容燃燒的高溫高壓環(huán)境下的安全工作，并且燃燒室的特征尺度為上平板和下平板之間的間距，間距大小為毫米級別。其結構簡單、合理，能夠利用光學測試儀器，光路可以從上蓋板中開設的階梯型通孔和上平板通過，也可以從側壁面引入，實現(xiàn)對燃燒室內燃燒過程的觀察、影像等。
[0009]所述的狹縫式微型定容燃燒裝置，可搭配不同高度的側壁板以調節(jié)所述燃燒室的高度。
[0010]所述上平板的外側邊緣與側壁板的外側邊緣相平齊，并且所述上平板的下側設有嵌入側壁板上端內側的凸臺，上平板的凸臺嵌入側壁板上端內側，可防止燃燒過程中燃燒室內氣體的泄漏。可設置側壁面的高度，調整所形成的燃燒室的燃燒特征尺度的大小，上平板，而外側邊緣相平齊的上平板和側壁板上端又一同嵌入上蓋板的階梯型通孔中，能夠增加上平板和側壁板上端的接觸面積，使其結合更緊密。
[0011]所述下平板嵌在側壁板下端內側，所述下蓋板和下平板之間一體成型，所述進氣管、排氣管和點火機構從下蓋板的外側伸入燃燒室內。下平板與下蓋板的環(huán)形凹槽設計，能夠增加下蓋板和側壁板下端的接觸面積，使得透明燃燒室壁面受力更均勻，可減少燃燒中壓力波動的沖擊。
[0012]所述的微型定容燃燒裝置還包括設置在所述下蓋板內的伴熱電熱元件。能夠對燃燒室的氣體進行預熱，同時可以在燃燒過程減少燃燒室的壁面散熱，減小因燃燒室壁面初始溫度低對燃燒過程的影響。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:其結構簡單、合理，燃燒室為狹縫式，狹縫高度在次毫米范圍且可調，燃燒室整體透明，能夠利用光學測試儀器，可以從頂部和側面引入光路或影像，上平板；利用凸臺嵌入配合形成狹縫燃燒室，能使上平板和側壁板上端之間、下平板和側壁板下端之間的結合更緊密，防止燃燒過程中燃燒室內氣體的泄漏，在下蓋板內設置電熱元件，能夠對通入燃燒室的氣體進行預熱，同時可以在燃燒過程減少燃燒室的壁面散熱，減小因燃燒室壁面初始溫度低對燃燒過程的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的縱截面結構示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明下蓋板的結構示意圖；
[0016]圖3是圖2中E-E剖視圖；
[0017]附圖標記說明:1、上平板；2、側壁板；3、下平板；4、上蓋板；5、下蓋板；6、電熱機構；7、進氣管；8、排氣管；9、點火機構；10、燃燒室；11、軟墊片；12、凹槽；13、電熱棒孔；14、
溫度傳感器。

【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0019]實施例
[0020]如圖1-圖3所示，一種狹縫式微型定容燃燒裝置，包括燃燒室10，以及與所述燃燒室10相連的泄壓閥、進氣管7、排氣管8和點火機構9，所述進氣管7和排氣管8上分別設有閥門，還包括設有階梯型通孔的上蓋板4，以及設有凹槽12的下蓋板5，所述燃燒室10由設置在頂部的透明的上平板1、設置在底部的透明的下平板3以及設置在側面的透明的側壁板2所圍成，所述側壁板2的上端和上平板1嵌在所述階梯型通孔中，所述側壁板2的下端和下平板3嵌在所述凹槽12內，所述上蓋板4和下蓋板5相對設置并固定連接。
[0021]上平板1的下表面、下平板3的上表面相對，兩者之間形成狹縫，再用側壁板2圍在上平板1和下平板3的邊緣，圍成封閉的狹長空間，即燃燒室10，并且燃燒室10的燃燒特征尺度為上平板1和下平板3之間的間距，間距大小為毫米級別，側壁板高度可設置不同系列，實現(xiàn)狹縫間距可調，可達到對微小空間內燃燒過程進行研究的目的。形成燃燒室10的上平板1、下平板3的截面幾何形狀可以為圓形或者矩形，分別對應有效燃燒空間為扁圓柱體或扁長方體的燃燒室10。
[0022]其中，為滿足光學測試要求，圍成燃燒室10的上平板I和側壁板2均采用石英玻璃材料，實現(xiàn)燃燒室整體透明，從而可利用光學測試儀器對燃燒室10內燃燒火焰實現(xiàn)多種光學方法測量，如直接拍照和高速影像火焰圖像、激光引入和火焰光譜分析等。
[0023]由于定容燃燒裝置需要在較高的壓力下運行，燃燒室10內部初始壓力從0.1?1.0Mpa,由于上平板I采用玻璃材質，直接在玻璃材質上設置用于連接其它部件的孔或槽時，其加工較為困難，并且容易使得可視的玻璃材料脆裂，同時使玻璃整體上的光學特性受到破壞。因此，本發(fā)明采用了上蓋板4和下蓋板5及其它配件對組成燃燒室10進行定位和緊固，即將側壁板2的上端和上平板I 一同嵌在上蓋板4的階梯型通孔中，將側壁板2的下端和下平板3 —同嵌在下蓋板5的凹槽12內，上蓋板4和下蓋板5之間再用螺栓等連接件相連。其中，上蓋板4和下蓋板5可用金屬材料制作，在上平板I和上蓋板4之間，可以設置耐溫非金屬、紫黃銅等材質的軟墊片11，厚度I?2毫米，以緩沖設備安裝和燃燒室10內燃燒等過程中金屬材質和玻璃材質之間的沖壓與震動，從而確保燃燒室10能在定容燃燒的高溫高壓環(huán)境下安全工作。
[0024]進氣管7、排氣管8及點火機構9等，可以從外側穿過下蓋板5和下平板3，通入燃燒室10內，另外，根據(jù)實際實驗的需要，可在下蓋板5上，安裝壓力傳感器、溫度傳感器14等測試用的裝置。
[0025]本發(fā)明的基本工作方式如下:
[0026]首先對燃燒室10進行抽真空或者進氣掃氣，保證燃燒室10內除可燃預混氣外無其他氣體，然后將壁面預熱升溫到設定溫度，打開進氣管7的閥門，讓預混好的燃料/氧化劑從進氣管7通入燃燒室10，關閉排氣管8上的閥門和泄壓閥，充氣到工作設定的初始壓力時關閉進氣管7的閥門，開啟點火機構9，便在燃燒室10內形成火核并向四周傳播，如果燃燒過程中燃燒室10內峰值壓力超過設計許可安全壓力，安全閥開啟，由排氣口泄壓。在點火機構9啟動的同時可啟動相應的光學測試儀器，實現(xiàn)對微型定容燃燒裝置內火焰的光學測量。
[0027]進一步地，所述上平板I的外側邊緣與側壁板2的外側邊緣相平齊，并且所述上平板I的下側設有嵌入側壁板2上端內側的凸臺；所述下平板3嵌在側壁板2下端內側，所述下蓋板5和下平板3之間一體成型，所述進氣管7、排氣管8和點火機構9從下蓋板5的外側伸入燃燒室10內。
[0028]以有效燃燒空間為扁圓柱體的燃燒室10為例，燃燒室10的側壁板2的外形呈一個圓柱筒狀，根據(jù)需要，其內徑可設計為10?40毫米，壁厚可設為15?30毫米，燃燒室10的上平板I的凸臺高度可設為3?5毫米，并使該凸臺嵌入側壁板2的上端的內側，可設置側壁板的高度，達到實現(xiàn)調節(jié)上平板I和下平板3之間的狹縫空間特征尺度的目的，其高度設計為系列，可以實現(xiàn)狹縫間距為0.5,1.0,1.5、2、3、5_等特征尺度的微小有效燃燒空間。并且，還能使上平板I和側壁板2上端之間、下平板3和側壁板2下端之間的接觸面積增大，結合更緊密，可防止燃燒過程中燃燒室10內氣體的泄漏，并且方便對進氣管7、排氣管8和點火機構9等進行控制。
[0029]進一步地，所述的微型定容燃燒裝置還包括設置在所述下蓋板5內的伴熱電熱元件6。
[0030]伴熱電熱元件6是指多個規(guī)整排列的整合棒狀電熱元件布置在下蓋板5的電熱棒孔13內，電熱棒對稱規(guī)則排列，以保證預熱均勻，電熱棒孔13與燃燒室10下壁面最小距離在10mm，同時在預熱壁面布置有溫度傳感器14監(jiān)測預熱后壁面溫度。在燃燒室10下蓋板5底端貼有隔熱片，隔熱片為低導熱率保溫材料，厚度為5?10mm。
[0031]下蓋板5布置有電熱機構6，對燃燒室10的壁面進行預熱，有兩個目的:一是通過壁面預熱使預混氣體達到設定的初始溫度，二是可以在燃燒過程減少壁面散熱，減小冷壁面對燃燒過程的影響。
[0032]本發(fā)明結構簡單、合理，能夠利用光學測試儀器，從上蓋板中開設的階梯型通孔和上平板觀測燃燒室內的情況，或者通過其它測試儀器對燃燒室進行測試，還能使上平板和側壁板上端之間、下平板和側壁板下端之間的結合更緊密，防止燃燒過程中燃燒室內氣體的泄漏，并且方便地對進氣管、排氣管和點火機構等進行控制；在下蓋板內設置電熱元件，能夠對通入燃燒室的氣體進行預熱，同時可以在燃燒過程減少燃燒室的壁面散熱，減小因燃燒室壁面初始溫度低對燃燒過程的影響。
[0033]上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。
【權利要求】
1.一種狹縫式微型定容燃燒裝置，包括燃燒室，以及與所述燃燒室相連的泄壓閥、進氣管、排氣管和點火機構，所述進氣管和排氣管上分別設有閥門，其特征在于，還包括設有階梯型通孔的上蓋板，以及設有凹槽的下蓋板，所述燃燒室由設置在頂部的透明的上平板、設置在底部的透明的下平板以及設置在側面的透明的側壁板所圍成，所述上平板和側壁板上端嵌在所述階梯型通孔中，所述側壁板下端和下平板嵌在所述凹槽內，所述上蓋板和下蓋板相對設置并固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的狹縫式微型定容燃燒裝置，其特征在于，搭配不同高度的側壁板可調節(jié)所述燃燒室的高度。
3.根據(jù)權利要求1所述的狹縫式微型定容燃燒裝置，其特征在于，所述上平板的外側邊緣與側壁板的外側邊緣相平齊，并且所述上平板的下側設有嵌入側壁板上端內側的凸臺。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的狹縫式微型定容燃燒裝置，其特征在于，所述下平板嵌在側壁板下端內側，所述下蓋板和下平板之間一體成型，所述進氣管、排氣管和點火機構從下蓋板的外側伸入燃燒室內。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的狹縫式微型定容燃燒裝置，其特征在于，還包括設置在所述下蓋板內的伴熱電熱元件。
【文檔編號】G01N21/00GK104266967SQ201410499566
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權日:2014年9月25日
【發(fā)明者】蔣利橋, 楊衛(wèi)斌, 楊浩林, 趙黛青 申請人:中國科學院廣州能源研究所