一种狭缝式微型定容燃烧装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种狭缝式微型定容燃烧装置，包括燃烧室，以及与燃烧室相连的泄压阀、进气管、排气管和点火机构，进气管和排气管上分别设有阀门，还包括设有阶梯型通孔的上盖板，以及设有凹槽的下盖板，燃烧室由设置在顶部的透明的上平板、设置在底部的透明的下平板以及设置在侧面的透明的侧壁板所围成，上平板和侧壁板上端嵌在所述阶梯型通孔中，侧壁板下端和下平板嵌在所述凹槽内，上盖板和下盖板相对设置并固定连接。由上平板、下平板和侧壁板围成封闭的燃烧室，通过调整侧壁围板高度实现微型燃烧室特征尺度可调，再通过上盖板和下盖板对燃烧室进行定位和紧固，其结构简单、合理，能利用光学测试仪器，实现对微小空间内定容燃烧过程的研究。
【专利说明】一种狭缝式微型定容燃烧装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及微尺度燃烧【技术领域】，特别是涉及一种狭缝式微型定容燃烧装置。
【背景技术】
[0002]定容燃烧装置是一种用来研究气体和液体燃料燃烧反应特性的常用实验平台，可以在压力、温度、燃料成分、燃料氧化剂配比等变化条件下，实现燃料的着火与火焰传播燃烧特性的可视化测试，获得燃烧速度、压力升高特性、瞬时火焰形态等重要参数，达到掌握燃料燃烧基本特性的目的，是再现发动机燃烧室内燃烧过程的重要装置。
[0003]随着科学技术的发展，越来越多的产品需要高能量密度的微型供能系统，如航模、无人机和便携仪器等，作为实现高能量密度输出的一种微型供能方案，关于微型发动机的研究越来越多。由于燃料燃烧的热量释放与燃烧特征尺度的立方成正比，而热功转换与燃烧特征尺度的平方成正比，所以，与常规尺度发动机相比较，燃烧空间尺寸变小可以显著提升微型发动机的功率密度。
[0004]受燃烧特征尺度缩小的影响，微型发动机内燃烧过程会同常规尺度的存在显著差另IJ，显然，常规尺度定容燃烧装置不适合微小空间内的燃烧过程研究，因此需要微型定容燃烧装置进行研究，然而目前技术发展中尚无这种研究、实验的装置平台。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种狭缝式微型定容燃烧装置，用以可视化观测微型发动机内关键热力循环步骤——燃料定容燃烧过程，实现对微型发动机内复杂燃烧过程的研究。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下:
[0007]—种狭缝式微型定容燃烧装置，包括燃烧室，以及与所述燃烧室相连的泄压阀、进气管、排气管和点火机构，所述进气管和排气管上分别设有阀门，其特征在于，还包括设有阶梯型通孔的上盖板，以及设有凹槽的下盖板，所述燃烧室由设置在顶部的透明的上平板、设置在底部的透明的下平板以及设置在侧面的透明的侧壁板所围成，所述上平板和侧壁板上端嵌在所述阶梯型通孔中，所述侧壁板下端和下平板嵌在所述凹槽内，所述上盖板和下盖板相对设置并固定连接。
[0008]由上平板、下平板和侧壁板围成封闭的整体透明狭缝式微型燃烧室，通过上盖板和下盖板对燃烧室进行定位和紧固，确保燃烧室在定容燃烧的高温高压环境下的安全工作，并且燃烧室的特征尺度为上平板和下平板之间的间距，间距大小为毫米级别。其结构简单、合理，能够利用光学测试仪器，光路可以从上盖板中开设的阶梯型通孔和上平板通过，也可以从侧壁面引入，实现对燃烧室内燃烧过程的观察、影像等。
[0009]所述的狭缝式微型定容燃烧装置，可搭配不同高度的侧壁板以调节所述燃烧室的高度。
[0010]所述上平板的外侧边缘与侧壁板的外侧边缘相平齐，并且所述上平板的下侧设有嵌入侧壁板上端内侧的凸台，上平板的凸台嵌入侧壁板上端内侧，可防止燃烧过程中燃烧室内气体的泄漏。可设置侧壁面的高度，调整所形成的燃烧室的燃烧特征尺度的大小，上平板，而外侧边缘相平齐的上平板和侧壁板上端又一同嵌入上盖板的阶梯型通孔中，能够增加上平板和侧壁板上端的接触面积，使其结合更紧密。
[0011]所述下平板嵌在侧壁板下端内侧，所述下盖板和下平板之间一体成型，所述进气管、排气管和点火机构从下盖板的外侧伸入燃烧室内。下平板与下盖板的环形凹槽设计，能够增加下盖板和侧壁板下端的接触面积，使得透明燃烧室壁面受力更均匀，可减少燃烧中压力波动的冲击。
[0012]所述的微型定容燃烧装置还包括设置在所述下盖板内的伴热电热元件。能够对燃烧室的气体进行预热，同时可以在燃烧过程减少燃烧室的壁面散热，减小因燃烧室壁面初始温度低对燃烧过程的影响。
[0013]本发明的优点是:其结构简单、合理，燃烧室为狭缝式，狭缝高度在次毫米范围且可调，燃烧室整体透明，能够利用光学测试仪器，可以从顶部和侧面引入光路或影像，上平板；利用凸台嵌入配合形成狭缝燃烧室，能使上平板和侧壁板上端之间、下平板和侧壁板下端之间的结合更紧密，防止燃烧过程中燃烧室内气体的泄漏，在下盖板内设置电热元件，能够对通入燃烧室的气体进行预热，同时可以在燃烧过程减少燃烧室的壁面散热，减小因燃烧室壁面初始温度低对燃烧过程的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的纵截面结构示意图；
[0015]图2是本发明下盖板的结构示意图；
[0016]图3是图2中E-E剖视图；
[0017]附图标记说明:1、上平板；2、侧壁板；3、下平板；4、上盖板；5、下盖板；6、电热机构；7、进气管；8、排气管；9、点火机构；10、燃烧室；11、软垫片；12、凹槽；13、电热棒孔；14、
温度传感器。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0019]实施例
[0020]如图1-图3所示，一种狭缝式微型定容燃烧装置，包括燃烧室10，以及与所述燃烧室10相连的泄压阀、进气管7、排气管8和点火机构9，所述进气管7和排气管8上分别设有阀门，还包括设有阶梯型通孔的上盖板4，以及设有凹槽12的下盖板5，所述燃烧室10由设置在顶部的透明的上平板1、设置在底部的透明的下平板3以及设置在侧面的透明的侧壁板2所围成，所述侧壁板2的上端和上平板1嵌在所述阶梯型通孔中，所述侧壁板2的下端和下平板3嵌在所述凹槽12内，所述上盖板4和下盖板5相对设置并固定连接。
[0021]上平板1的下表面、下平板3的上表面相对，两者之间形成狭缝，再用侧壁板2围在上平板1和下平板3的边缘，围成封闭的狭长空间，即燃烧室10，并且燃烧室10的燃烧特征尺度为上平板1和下平板3之间的间距，间距大小为毫米级别，侧壁板高度可设置不同系列，实现狭缝间距可调，可达到对微小空间内燃烧过程进行研究的目的。形成燃烧室10的上平板1、下平板3的截面几何形状可以为圆形或者矩形，分别对应有效燃烧空间为扁圆柱体或扁长方体的燃烧室10。
[0022]其中，为满足光学测试要求，围成燃烧室10的上平板I和侧壁板2均采用石英玻璃材料，实现燃烧室整体透明，从而可利用光学测试仪器对燃烧室10内燃烧火焰实现多种光学方法测量，如直接拍照和高速影像火焰图像、激光引入和火焰光谱分析等。
[0023]由于定容燃烧装置需要在较高的压力下运行，燃烧室10内部初始压力从0.1?1.0Mpa,由于上平板I采用玻璃材质，直接在玻璃材质上设置用于连接其它部件的孔或槽时，其加工较为困难，并且容易使得可视的玻璃材料脆裂，同时使玻璃整体上的光学特性受到破坏。因此，本发明采用了上盖板4和下盖板5及其它配件对组成燃烧室10进行定位和紧固，即将侧壁板2的上端和上平板I 一同嵌在上盖板4的阶梯型通孔中，将侧壁板2的下端和下平板3 —同嵌在下盖板5的凹槽12内，上盖板4和下盖板5之间再用螺栓等连接件相连。其中，上盖板4和下盖板5可用金属材料制作，在上平板I和上盖板4之间，可以设置耐温非金属、紫黄铜等材质的软垫片11，厚度I?2毫米，以缓冲设备安装和燃烧室10内燃烧等过程中金属材质和玻璃材质之间的冲压与震动，从而确保燃烧室10能在定容燃烧的高温高压环境下安全工作。
[0024]进气管7、排气管8及点火机构9等，可以从外侧穿过下盖板5和下平板3，通入燃烧室10内，另外，根据实际实验的需要，可在下盖板5上，安装压力传感器、温度传感器14等测试用的装置。
[0025]本发明的基本工作方式如下:
[0026]首先对燃烧室10进行抽真空或者进气扫气，保证燃烧室10内除可燃预混气外无其他气体，然后将壁面预热升温到设定温度，打开进气管7的阀门，让预混好的燃料/氧化剂从进气管7通入燃烧室10，关闭排气管8上的阀门和泄压阀，充气到工作设定的初始压力时关闭进气管7的阀门，开启点火机构9，便在燃烧室10内形成火核并向四周传播，如果燃烧过程中燃烧室10内峰值压力超过设计许可安全压力，安全阀开启，由排气口泄压。在点火机构9启动的同时可启动相应的光学测试仪器，实现对微型定容燃烧装置内火焰的光学测量。
[0027]进一步地，所述上平板I的外侧边缘与侧壁板2的外侧边缘相平齐，并且所述上平板I的下侧设有嵌入侧壁板2上端内侧的凸台；所述下平板3嵌在侧壁板2下端内侧，所述下盖板5和下平板3之间一体成型，所述进气管7、排气管8和点火机构9从下盖板5的外侧伸入燃烧室10内。
[0028]以有效燃烧空间为扁圆柱体的燃烧室10为例，燃烧室10的侧壁板2的外形呈一个圆柱筒状，根据需要，其内径可设计为10?40毫米，壁厚可设为15?30毫米，燃烧室10的上平板I的凸台高度可设为3?5毫米，并使该凸台嵌入侧壁板2的上端的内侧，可设置侧壁板的高度，达到实现调节上平板I和下平板3之间的狭缝空间特征尺度的目的，其高度设计为系列，可以实现狭缝间距为0.5,1.0,1.5、2、3、5_等特征尺度的微小有效燃烧空间。并且，还能使上平板I和侧壁板2上端之间、下平板3和侧壁板2下端之间的接触面积增大，结合更紧密，可防止燃烧过程中燃烧室10内气体的泄漏，并且方便对进气管7、排气管8和点火机构9等进行控制。
[0029]进一步地，所述的微型定容燃烧装置还包括设置在所述下盖板5内的伴热电热元件6。
[0030]伴热电热元件6是指多个规整排列的整合棒状电热元件布置在下盖板5的电热棒孔13内，电热棒对称规则排列，以保证预热均匀，电热棒孔13与燃烧室10下壁面最小距离在10mm，同时在预热壁面布置有温度传感器14监测预热后壁面温度。在燃烧室10下盖板5底端贴有隔热片，隔热片为低导热率保温材料，厚度为5?10mm。
[0031]下盖板5布置有电热机构6，对燃烧室10的壁面进行预热，有两个目的:一是通过壁面预热使预混气体达到设定的初始温度，二是可以在燃烧过程减少壁面散热，减小冷壁面对燃烧过程的影响。
[0032]本发明结构简单、合理，能够利用光学测试仪器，从上盖板中开设的阶梯型通孔和上平板观测燃烧室内的情况，或者通过其它测试仪器对燃烧室进行测试，还能使上平板和侧壁板上端之间、下平板和侧壁板下端之间的结合更紧密，防止燃烧过程中燃烧室内气体的泄漏，并且方便地对进气管、排气管和点火机构等进行控制；在下盖板内设置电热元件，能够对通入燃烧室的气体进行预热，同时可以在燃烧过程减少燃烧室的壁面散热，减小因燃烧室壁面初始温度低对燃烧过程的影响。
[0033]上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.一种狭缝式微型定容燃烧装置，包括燃烧室，以及与所述燃烧室相连的泄压阀、进气管、排气管和点火机构，所述进气管和排气管上分别设有阀门，其特征在于，还包括设有阶梯型通孔的上盖板，以及设有凹槽的下盖板，所述燃烧室由设置在顶部的透明的上平板、设置在底部的透明的下平板以及设置在侧面的透明的侧壁板所围成，所述上平板和侧壁板上端嵌在所述阶梯型通孔中，所述侧壁板下端和下平板嵌在所述凹槽内，所述上盖板和下盖板相对设置并固定连接。
2.根据权利要求1所述的狭缝式微型定容燃烧装置，其特征在于，搭配不同高度的侧壁板可调节所述燃烧室的高度。
3.根据权利要求1所述的狭缝式微型定容燃烧装置，其特征在于，所述上平板的外侧边缘与侧壁板的外侧边缘相平齐，并且所述上平板的下侧设有嵌入侧壁板上端内侧的凸台。
4.根据权利要求1或2或3所述的狭缝式微型定容燃烧装置，其特征在于，所述下平板嵌在侧壁板下端内侧，所述下盖板和下平板之间一体成型，所述进气管、排气管和点火机构从下盖板的外侧伸入燃烧室内。
5.根据权利要求1或2或3所述的狭缝式微型定容燃烧装置，其特征在于，还包括设置在所述下盖板内的伴热电热元件。
【文档编号】G01N21/00GK104266967SQ201410499566
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】蒋利桥, 杨卫斌, 杨浩林, 赵黛青 申请人:中国科学院广州能源研究所