高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置的制作方法

本发明属于粉末燃烧冲压发动机技术领域，具体涉及高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置。

背景技术：

粉末发动机是一种以粉末颗粒为燃料的新型发动机，在粉末发动机工作过程中，粉末颗粒是在流化气夹带作用下形成气固两相流从储箱流出并进入到燃烧室中。粉末颗粒的流化起动是一个十分复杂的气固两相耦合过程，不仅与其物性参数有关，如密度、形状、表面粗糙度和粒径，还与流化气参数有关，如压强、进气方式、气流速度等，致使颗粒流化起动难以控制。为实现粉末推进剂的稳定供给，必须对其流化状态进行有效控制。

粉末颗粒的流化是以气流作为载体，利用气体的流动由输送管两端的压力差来实现，直接给输送管内的颗粒提供移动所需要的能量。在现有的粉末燃料发动机研究中，粉末燃料从储箱中出粉的方式无一例外，全部是采取活塞推动粉末床体，并通过气体将粉末固定床转化为流化床流出储箱，

粉末颗粒的流化是以气流作为载体，利用气体的流动由输送管两端的压力差来实现，直接给输送管内的颗粒提供移动所需要的能量。在现有的粉末燃料发动机研究中，粉末燃料从储箱中出粉的方式无一例外，全部是采取活塞推动粉末床体，并通过气体将粉末固定床转化为流化床流出储箱，现有的流化方式主要为剪切环式和布风板式。其中剪切环式流化方式会导致流化气体在流化锥段内空间分布不均，且其影响作用区域较小，这将造成粉末颗粒在活塞推动作用下会直接撞击流化锥段壁面并形成局部堆积，导致粉体稳定起动流化受阻，以致影响后续的粉末稳定输运供给。而布风板式流化方式会造成粉末床体中颗粒间隙处于不断变化的过程，从而导致供粉过程中粉箱中的粉末颗粒装填密度不断改变，这将会对粉末输运过程中颗粒质量流率的实时精确控制增加难度。因此，现有的粉末流化方式均不能满足粉末发动机稳定精确供粉的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置，实现了冲压发动机工作压力环境中粉末颗粒的稳定起动流化，确保了粉末颗粒供给过程中的输送稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置，包括用于套设在粉箱后封头内的多孔微扰动进气装置，多孔微扰动进气装置为圆锥形壳体，且其外壁与粉箱后封头的内壁之间形成环形集气腔，在多孔微扰动进气装置上开设有气体进入微孔，气体进入微孔用于使气体从环形集气腔通过并进入粉末储箱本体。

进一步地，该多孔微扰动进气装置上环绕一周开设有沿母线方向的多列气体进入微孔，各列之间为均匀分布，且各列中的气体进入微孔为均匀分布。

进一步地，该粉箱后封头为圆锥状壳体，其尖端处开设有与粉末储箱本体相连通的粉箱出口；在粉箱后封头上开设有与环形集气腔相连通的流化进气口。

进一步地，该粉末储箱本体为圆柱状壳体，在粉末储箱本体内同轴套设有活塞，活塞将粉末储箱本体内腔分割成前后两个独立设置的驱动腔和和流化腔。

本发明还公开了高压环境粉末供给装置，其特征在于，包括粉末储箱本体，粉末储箱本体为圆柱状壳体，在粉末储箱本体内同轴套设有活塞，将粉末储箱本体内腔分割成前后两个独立设置的驱动腔和流化腔；在流化腔的端部安装有粉箱后封头，粉箱后封头为圆锥状壳体，其尖端处开设有粉箱出口；粉箱后封头内套设有多孔微扰动进气装置，多孔微扰动进气装置为圆锥形壳体，且其外壁与粉箱后封头的内壁之间形成环形集气腔，在多孔微扰动进气装置上开设有气体进入微孔，气体进入微孔用于使气体从环形集气腔通过并进入粉末储箱本体；在粉箱后封头上开设有与环形集气腔相连通的流化进气口。

进一步地，该多孔微扰动进气装置上环绕一周开设有沿母线方向的多列气体进入微孔，各列之间为均匀分布，且各列中的气体进入微孔为均匀分布。

本发明高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置具有如下优点：实现了冲压发动机工作压力环境中粉末颗粒的稳定起动流化，确保了粉末颗粒供给过程中的输送稳定性。

附图说明

图1是本发明高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置的结构示意图；

图2是具体实施方式中的活塞位移曲线图。

其中：1.驱动腔，2.活塞，3.粉末储箱本体，4.粉末颗粒，5.粉箱后封头，6.流化进气口，7.环形集气腔，8.多孔微扰动进气装置，9.流化腔，10.粉箱出口。

具体实施方式

本发明高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置，如图1所示，包括用于用于套设在粉箱后封头5内的多孔微扰动进气装置8，所述多孔微扰动进气装置8为圆锥形壳体，且其外壁与粉箱后封头5的内壁之间形成环形集气腔7，在所述多孔微扰动进气装置8上开设有气体进入微孔，所述气体进入微孔用于使气体从环形集气腔7通过并进入粉末储箱本体3。多孔微扰动进气装置8上环绕一周开设有沿母线方向的多列气体进入微孔，所述各列之间为均匀分布，且各列中的气体进入微孔为均匀分布。

所述粉箱后封头5为圆锥状壳体，其尖端处开设有与粉末储箱本体3相连通的粉箱出口10；在所述粉箱后封头5上开设有与环形集气腔7相连通的流化进气口6。

本发明的基本原理是在粉末颗粒供给系统起动阶段，流化气通过流化进气口6进入环形集气腔7，再经多孔微扰动进气装置8，使流化气沿周向均匀进入流化腔9，携带腔内粉末颗粒4通过粉箱出口10进入燃烧室。

由于环形集气腔7内气体总压近似等于流化气源总压，其内高压气体经由微孔会以一股微小射流形式流出，该射流具有较高的动能，在微孔出口附近将形成局部湍流。当粉末颗粒4在活塞2的推动作用下到达流化腔9附近时，上述所形成的局部湍流将会对其产生微扰动作用，携卷粉末颗粒4向粉末储箱本体3内腔的中心轴线方向流动，并最终经由粉箱出口10流出粉末储箱本体3，从而有效防止粉末颗粒4在粉箱后封头5壁面处形成堆积。

由于本发明中多孔微扰动进气装置8上的微孔为周向与轴向均布，且间隙布置合理，保证了在整个流化腔9壁面附近均会有局部湍流存在，有效避免了粉体局部堆积现象的发生，从而保障了粉末颗粒4的高效稳定起动与流化。

使用的粉末储箱本体3为圆柱状壳体，在粉末储箱本体3内同轴套设有活塞2，活塞2将粉末储箱3内腔分割成前后两个独立设置的驱动腔1和和流化腔9。

本发明还公开了高压环境粉末供给装置，包括粉末储箱本体3，粉末储箱本体3为圆柱状壳体，在粉末储箱本体3内同轴套设有活塞2，将粉末储箱本体3内腔分割成前后两个独立设置的驱动腔1和流化腔9；在流化腔9的端部安装有粉箱后封头5，粉箱后封头5为圆锥状壳体，其尖端处开设有粉箱出口10；

粉箱后封头5内套设有多孔微扰动进气装置8，多孔微扰动进气装置8为圆锥形壳体，且其外壁与粉箱后封头5的内壁之间形成环形集气腔7，在多孔微扰动进气装置8上开设有气体进入微孔，气体进入微孔用于使气体从环形集气腔7通过并进入粉末储箱本体3；在粉箱后封头5上开设有与环形集气腔7相连通的流化进气口6。

上述述多孔微扰动进气装置8上环绕一周开设有沿母线方向的多列气体进入微孔，各列之间为均匀分布，且各列中的气体进入微孔为均匀分布。

本发明中高压流化气体是从粉箱后封头5处进入，在粉末供给过程中，整个流化腔9内压强基本保持不变，因而从粉箱后端进入的流化气体很难向流化腔9上游传播，从而其有效影响作用区域仅为流化腔9后的粉箱后封头5附近，而对上游整个粉末床体影响甚微。因此在活塞2推动整个粉末床体向前移动的过程中颗粒堆积密度可近似看作常数，这将对粉末供给过程中颗粒质量流率的可靠精确控制与调节带来方便。综上，本发明的粉末微扰动起动流化方式可有效防止粉末颗粒4在流化腔9壁面形成局部堆积，以及避免了粉末床体装填密度在粉末供给过程中不断变化，从而为粉末发动机中粉末推进剂的稳定起动流化与精确可控供给提供了基本保障。

使用本发明中的高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置，满足冲压发动机工作的压强要求，燃烧室内压强能达到0.5mpa以上。

为验证本发明粉末颗粒4稳定起动流化的实施效果，开展了al2o3粉末20s的稳定供给实验。

采用安装有本发明中的高压环境粉末颗粒微扰动起动流化装置的高压环境用粉末储箱，将粉末储箱3置于试验台架上，粉箱出口10接背压模拟器，驱动腔1和流化进气口6均与外部气源管路连接，在各管路上均安装有电磁阀；在粉末储箱本体3外设置位移传感器，选择拉线式位移传感器，位移传感器与活塞2相连接；电磁阀和位移传感器均与试验控制系统连接。将背压模拟器安装在流化腔6前端的粉末出口处。驱动腔1和流化腔9的外部均设置有压力传感器。并利用测试系统采集粉末供给过程中的活塞2位移曲线以及驱动腔1和流化腔9内的压力。实验所用的al2o3粉末粒径为100μm，模拟背压环境为0.45mpa，工作时间16s，高压流化气体由气体管路进入流化进气口6，进入环形集气腔7内，随后由多孔微扰动进气装置8上的微孔进入流化腔9内的粉箱后封头5段，高压气体以一股微小射流形式流出，该射流具有较高的动能，在微孔出口附近将形成局部湍流。当粉末颗粒4在活塞2的推动作用下到达粉箱后封头5段附近时，上述所形成的局部湍流将会对其产生微扰动作用，携卷粉末颗粒4向粉末储箱本体3中心轴线方向流动，并最终经由粉箱出口10流出粉末储箱本体3，得出过程中的活塞位移曲线图，如图2所示，在粉末输送过程中，活塞2位移曲线呈明显的线性变化，位移速度10mm/s，驱动腔1和流化腔9的压力在工作过程中变化平稳，驱动腔1压力稳定在0.68mpa，流化腔9稳定在0.65mpa，说明使用本发明中的高压环境粉末颗粒4微扰动起动流化装置能有效确保粉末颗粒4的稳定输运。