5位于基板中心偏右50mm左右，固体燃料18由直径1mm的燃烧支架17支撑，由耐热性能强、低导热率的合金制成，并将其固定于点火电路上部，固体燃料18的下方为点火电热丝16，固体燃料18为直径为10mm的易燃固体，易升华；实验中使用3根直径约为0.5mm的热电偶19，将其固定于背景幕墙20上，对火焰温度进行测量，布置情况如图4所示，温度数据通过离线式数据采集器21进行采集存储，数据采集器21可以同时采集3路热电偶数据，采样频率通常设为5HZ，最高可达到25HZ，即本实施例中数据采集器21的采样频率为5至25HZ，分辨率为0.5°C ;数码摄像机11、固体燃料18位于同一高度，为获取清晰的图像，数码摄像机11选用每秒50帧的摄像机对实验过程进行记录，固体燃料18与数码摄像机11的距离设定为15cm至17cm ;其中数码摄像机11、无线信号接收器12、PLC点火控制器13、电源14、点火线路15、数据采集器21由泡沫塑料进行填充支护。
[0040]如图4所示，该图为固体燃料燃烧温度检测装置热电偶19的布置局部图，右为左视图，左为主视图，其中3个热电偶19等间距排列位于固体燃料18的正上方，间距为3mm，最下面的热电偶19距固体燃料18大约3mm。
[0041 ] 如图5所示，该图为变频电动机工作的组成框图，它由PLC控制器2，变频器和电动机3组成，工作原理为:将已编写好的电动机控制程序录入到PLC控制器2中，实验开始后PLC控制器2发出控制信号，变频器接收并改变相应的电流频率，使得电动机输出相应的转速。
[0042]如图6所示，该图为点火过程的组成框图，它由无线远程遥控器、无线信号接收器12、PLC点火控制器13、点火线路15中的电磁阀、电热丝16组成；工作原理:无线信号接收器12、PLC点火控制器13、电源14、点火线路15和电热丝16组成点火控制系统，通过接收地面点火信号，经无线接收器12将信号传达到PLC点火控制器13，PLC点火控制器13接收并进行控制运算，控制点火线路15中电磁阀的，使得电热丝5通电，直流电源14为电热丝16供电。
[0043]如图7所示，该图为本发明实施例的实验流程图；
[0044]实现步骤:
[0045]前期准备阶段:
[0046]1、按照图1、图2、图3、图4和图5进行设备的安装；
[0047]2、将电源14与点火线路15，电热丝16组成串联电路，点火线路15中的电磁阀与PLC点火控制器13相接，PLC点火控制器13与无线信号接收器12相连，组成无线控制器；直流电源14为无线接收器12、PLC控制器13、数据采集器21、点火线路15供电；变频电动机3接入三相交流电；
[0048]3.对PLC控制器2和PLC点火控制器13进行编程设定好控制算法程序；
[0049]实验阶段:
[0050]1.打开直流电源14，启动数据采集器21 ;
[0051]2.手动打开数码摄像机11，调好焦距，设定每秒录制50帧，将数码摄像机对准固体燃料，使他们处于同一水平高度，由泡沫塑料填充物10固定，离线记录实验现象；
[0052]3.遥控器发出点火命令，待固体点燃后，电热丝16停止通电；待火焰稳定后，开始实验
[0053]4.启动PLC控制器2，PLC发出电动机启动命令；
[0054]5.根据在PLC控制器2提前设定好的实验舱下落加速度值，使实验舱处于相对应的加速度下落，通过修改加速度值来改变实验舱工况，也可事先设定幅值对实验舱工况控制
[0055]6.实验结束，停止变频电动机3，通过减速回收系统22回收实验舱，实现实验舱平稳落地。之后打开实验舱，关闭直流电源14，关闭数码摄像机11和关闭数据采集器21 ;
[0056]后期处理阶段:
[0057]1、将数码摄像机记录的视频进行图像分析，获得不同重力条件下火焰相关特征参数，如火焰形态和振荡频率特征等；
[0058]2、将数据采集器中的温度数据进行分析得到温度随时间变化的关系，示意图如图8所示，其重力水平为0.15，其中设定实验舱下落瞬间时刻为零时刻。
[0059]实验过程中，可输入不同加速度值进行实验，在不同加速度值下，可以得到不同的实验现象和实验数据。
[0060]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征在于，所述的变重力固体燃料燃烧实验装置分为3个部分，即变重力落体系统、实验舱装置和减速回收系统；实验舱装置包括点火控制系统、固体燃料燃烧系统、数据采集系统； 所述的变重力落体系统包括配重块(1)、PLC控制器(2)、变频电动机(3)、实验舱(4)、定滑轮(5)和吊丝￠)，将所述配重块(1)、变频电动机(3)、定滑轮(5)和实验舱(4)通过吊丝(6)相连接形成一个变重力落体系统； 所述的配重块(1)仅在两个固定的竖直导轨间做直线运动，它用于平衡实验舱(4)的重力，使实验舱下落的加速度由电动机提供；所述变频电动机(3)，固定在建筑楼层31-32米位置处，接入三相交流电，变频电动机的控制电路由PLC控制器(2)通过控制电频器来控制电动机的转速；所述的PLC控制器(2)通过编程设定控制算法，将控制指令传达到变频器; 所述的实验舱(4)包括点火控制系统、固体燃料燃烧系统和数据采集系统；其组成部分为圆柱形的燃烧舱(7)和球形的头锥(8)，其中头锥(8)为配重块，其作用是降低实验舱的重心，使重心保持竖直，避免在下落的过程中出现水平方向上的摆动； 所述的燃烧舱(7)包括实验基板(9)、泡沫塑料填充物(10)、数码摄像机(11)、无线接收器(12)、PLC点火控制器(13)、直流电源(14)、点火线路(15)、电热丝(16)、燃烧支架(17)、固体燃料(18)、热电偶(19)、背景幕墙(20)、数据采集器(21);其中实验基板(9)是燃烧舱(7)的基础，通过泡沫塑料与头锥(8)相连，用于承载实验装置，减缓下落减速过程中的冲击力；所述的数码摄像机(11)由泡沫塑料填充物(10)固定，使数码摄像机(11)与固体燃料(18)位于同一高度，为了获得清晰地图像，固体燃料(18)与数码摄像机(11)镜头的距离设定为15cm左右；所述的固体燃料(18)由燃烧支架(17)支持，电热丝(16)位于固体燃料(18)的下方，用于加热固体燃料(18)，所述的无线接收器(12)、PLC点火控制器(13)、直流电源(14)、点火线路(15)相串联组成无线点火控制电路；所述的背景幕墙(20)为数码摄像机(11)拍摄提供背景衬托，同时也是热电偶(19)的安装基础；所述的热电偶(19)将火焰的温度值转换成电信号由数据采集器(21)接收存储； 所述的点火控制系统包括无线信号接收器(12)、PLC点火控制器(13)、电源(14)、点火线路(15)和电热丝(16);所述的点火控制系统用于接收远程遥控点火信号，点燃固体燃料； 所述的固体燃料燃烧系统包括固体燃料(18)，燃烧支架(17); 所述的数据采集系统包括数码摄像机(11)、热电偶(19)和数据采集器(21);所述的热电偶(19)位于固体燃料上方，等间距设置一排，用于检测不同部位的火焰或羽流温度；所述数据采集器(21)接收热电偶(19)产生的电信号，通过设备内部的放大电路进行电信号的放大，并记录储存； 所述的固体燃料燃烧装置是由所述变重力落体系统提供实验舱的重力舱所需的低重力水平，由所述点火控制系统完成固体的点燃，由所述固体燃烧系统，提供实验观察的实验对象，由所述数据采集系统获得火焰的温度和图像特征。2.根据权利要求1所述的基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征在于，所述实验舱通过变重力装置实现变重力的目的。3.根据权利要求1所述的基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征在于，所述变重力装置通过变频电动机改变实验舱的下落加速度。4.根据权利要求1所述的基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征在于，所述的变频电动机通过PLC对变频器的设定。5.根据权利要求1所述的基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征在于，所述的实验舱通过无线通讯进行点火控制。6.根据权利要求1所述的基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征在于，所述的减速回收系统通过减速减震控制实验舱平稳落地。
【专利摘要】本发明公开了一种基于变重力条件下的固体燃料燃烧实验装置，其特征是由变重力落体装置、实验舱装置和减速回收系统组成，实验舱装置包括点火控制系统，固体燃料燃烧系统和数据采集系统；由变重力落体系统为固体燃烧系统创造一种可变重力的实验环境；由点火控制系统对固体燃料进行点火，使固体燃料燃烧；由固体燃料燃烧系统提供实验的对象；由数据采集系统获得固体燃料燃烧的温度和图像特征参数。本发明能够提供可变的重力场环境，可提供对不同低重力环境条件下固体燃料燃烧现象观测等全面系统研究的实验平台。
【IPC分类】G09B23/06
【公开号】CN105243931
【申请号】CN201510751750
【发明人】唐飞, 杨冰健, 王强, 胡隆华
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月6日