一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的装置

摘要

本发明提出了一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的装置，包括爆震管、夹板、传感器安装座以及传感器；夹板将爆震管前侧固定支撑；传感器安装座安装在火焰形成爆震的位置；在管壁上开有通孔，管壁通孔与传感器安装座上的传感器安装孔同轴；当爆震管外径大于传感器测量端直径时，管壁通孔孔径与传感器测量端直径相同，且传感器测量端面与爆震管内壁平齐；当爆震管外径不大于传感器测量端直径时，则管壁通孔孔径小于传感器测量端直径，且传感器测量端面与透明爆震管内壁圆面相切。本发明中爆震管、夹板和传感器安装座的材料均使用有机玻璃，能够在测压的同时观察火焰传播模式和测量火焰速度，同时可以起到绝缘作用，避免电火花的干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧压力测量领域，具体为一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的 装置。

背景技术

微尺度爆震燃烧是指燃烧器尺寸为毫米或亚毫米量级的爆震燃烧，属于常规尺度 爆震燃烧和微纳米学科的交叉点，是近几年国外新兴的研究方向，国内尚未开始相关 研究。由于爆震燃烧的机理本身十分复杂，如果燃烧尺寸变得很小，必然会使燃烧速 度、压力、DDT距离等发生改变，而这些改变是否优于常规尺度的燃烧、能否用于微 动力推进系统，是研究人员关注的问题。

目前对微尺度爆震燃烧的研究主要从燃烧机理开始。从实验方面来讲，测爆震波 的压力波形是目前常规尺度爆震研究的必要手段，通常是把若干个压力传感器安置在 爆震管管壁上进行。然而，由于微尺度爆震使用的爆震管内径小于10mm，而当前最 小的动态压力传感器的尺寸也在5mm以上，若想测压，需要进行特殊的设计。从已知 文献来看，国外进行的微爆震实验有相当数量是没有测压的；一部分测压的实验使用 的是不锈钢的爆震管，即在一根直管上安置若干转接，插入压力传感器，并使转接的 内径与管的内径一致。这些方法的不足在于，有的回避了测压的难度，有的仅仅单一 地解决测压问题，忽视了测压与测量其他参数的关联性，使实验不够完整。举例来说， 微尺度爆震实验往往需要观察火焰传播模式和速度变化，这样就要求实验的载体（如 爆震管）是全部或部分透明的，同时还需要保证材料足够坚固；而且，在使用电火花 点火的情况下，如果爆震管是不锈钢材料，不但无法观察火焰，还容易因为不锈钢的 导电性而导致点火失败或干扰传感器。由此可见，若在测压的同时还考虑这些因素， 实验难度就会加大，而国内外的文献目前还没有解决办法。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力 的装置，进行微尺度爆震实验测压的同时便于观察。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的装置，包括毫米量级透明爆震管， 透明爆震管前端通过爆震管堵头封闭，并在透明爆震管上开有点火针孔，点火针孔内 安装有点火针，其特征在于：还包括有夹板、传感器安装座以及传感器；夹板将透明 爆震管前侧固定支撑；传感器安装座安装在透明爆震管中火焰形成爆震的位置，且传 感器安装座底部支撑面与夹板底部支撑面处于同一平面，传感器安装座与透明爆震管 紧配合；在透明爆震管管壁上与传感器安装座对应的位置开有通孔，管壁通孔与传感 器安装座上的传感器安装孔同轴；当透明爆震管外径大于传感器测量端直径时，透明 爆震管管壁通孔孔径与传感器测量端直径相同，且传感器测量端面与透明爆震管内壁 平齐；当透明爆震管外径不大于传感器测量端直径时，则透明爆震管管壁通孔孔径小 于传感器测量端直径，且传感器测量端面与透明爆震管内壁圆面相切。

所述一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的装置，其特征在于：透明爆震管、 夹板和传感器安装座采用有机玻璃，爆震管堵头采用聚四氟乙烯。

所述一种测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的装置，其特征在于：所述夹板由左 夹板和右夹板组成，透明爆震管固定在左夹板与右夹板之间，且在透明爆震管上下两 侧将左夹板与右夹板固定连接。

有益效果

本发明中爆震管、夹板和传感器安装座的材料均使用有机玻璃，能够在测压的同 时观察火焰传播模式和测量火焰速度，同时可以起到绝缘作用，避免电火花的干扰； 且本发明通过夹板和传感器安装座进行支撑，能够稳固地放在水平面。

附图说明

图1是本发明的结构示意图（主视图）；

图2是本发明的结构示意图（左视图）；

图3是传感器安装座与爆震管配合示意图a（管外径大于传感器测量端直径时）；

图4是传感器安装座与爆震管配合示意图b（管外径大于传感器测量端直径时）；

图5是传感器安装座与爆震管配合示意图a（管外径小于传感器测量端直径时）；

图6是传感器安装座与爆震管配合示意图b（管外径小于传感器测量端直径时）；

图7是实施例1所测压力波形图；

图8是实施例2所测压力波形图；

其中：1、爆震管；2、爆震管堵头；3、点火针孔；4、夹板；5、传感器安装座； 6、传感器安装孔；7、爆震管通孔；8、双头螺柱；9、螺母。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

实施例1：

参照附图1，本实施例中的测量毫米量级圆管内爆震燃烧压力的装置，包括毫米 量级透明爆震管1、夹板4、传感器安装座5以及传感器。其中爆震管1、夹板4和传 感器安装座5的材料均使用有机玻璃，以便在测压的同时观察火焰传播模式和测量火 焰速度，同时可以起到绝缘作用，避免电火花的干扰。

在透明爆震管前端通过爆震管堵头2封闭，爆震管堵头2的材料使用聚四氟乙烯， 在爆震管靠近爆震管堵头一端开有点火针孔，点火针伸入点火针孔在爆震管内进行点 火。

夹板将透明爆震管前侧固定支撑，本实施例中，夹板由左夹板和右夹板组成，透 明爆震管固定在左夹板与右夹板之间，且在透明爆震管上下两侧，通过双头螺柱8和 螺母9将左夹板与右夹板固定连接。

传感器安装座5安装在透明爆震管中火焰形成爆震的位置，且传感器安装座底部 支撑面与夹板底部支撑面处于同一平面，保证爆震管1在水平和竖直方向固定；传感 器安装座与透明爆震管紧配合，保证爆震管不滑动。这里火焰形成爆震的位置的确定 方法是，在爆震管的一端点火，用高速摄像机拍摄整个管的火焰传播，火光突然变亮 处即为火焰形成爆震的位置。

本实施例中采用的传感器型号为Kistler603B1，测量端直径5.5mm，高6mm， 通过外套螺纹固定在传感器安装孔6内。

在透明爆震管管壁上与传感器安装座对应的位置开有通孔，管壁通孔与传感器安 装座上的传感器安装孔同轴，以便火焰通过时能接触到传感器的测量端。而对于不同 尺寸的爆震管外径，管壁通孔开孔以及传感器安装方式不同，以爆震管外径与传感器 测量端直径关系为界限。当透明爆震管外径大于传感器测量端直径时，透明爆震管管 壁通孔孔径与传感器测量端直径相同，且传感器测量端面与透明爆震管内壁平齐，以 便测量端能充分接触火焰面，获得准确数据；当透明爆震管外径不大于传感器测量端 直径时，则透明爆震管管壁通孔孔径小于传感器测量端直径，且传感器测量端面与透 明爆震管内壁圆面相切，使火焰压力通过此孔与传感器接触，且由于此时爆震管尺寸 较小，为了节省材料，可以在传感器安装座上下面各打一个孔，测量不同尺寸爆震管 的压力。该方案适用的爆震管最小尺寸为内径2mm、外径4mm的爆震管。

本实施例中，采用的爆震管1内径为10mm，外径为14mm，传感器安装座5长 40mm，宽30mm，高50mm；采用的燃料和氧化剂为乙烯和氧气；两根点火针伸入 爆震管头部的点火针孔3进行点火。在爆震管1距离点火端0.6m、0.7m和0.8m处 开通孔7，管壁通孔7直径是传感器测量端的尺寸，为5.5mm；传感器安装座5的螺 纹部分为M7×0.75的细牙螺纹，孔深度L1为12mm，螺纹深度为8mm；直孔部分 直径为5.5mm，直孔高度与爆震管1的壁厚之和为L2=6mm；传感器安装座5的横向 直孔直径为14.2mm，与爆震管1紧密配合；爆震管通孔7直径为5.5mm，当爆震管 1传过安装座5的横向孔时，把爆震管通孔1旋转至与安装座直孔同心，再装上传感 器。

实验时，将整个装置放在水平面上，连好仪器，打开电火花点火器，则燃料开始 由缓燃向爆震转变，在第一个测压点附近开始形成爆震；当爆震波经过传感器时，就 会产生压力信号。所测压力波形如图7所示，其中P1压力峰值为1.659MPa，P2为 1.824MPa，P3为1.829MPa。

实施例2：

参照附图1、2、5、6所示，本实施例中但所用的爆震管1的外径分别为4mm、5 mm；传感器安装座的结构与实施例1的区别在于：传感器安装座5的上下面均能安装 传感器，这样的设计体现了省料、方便的原则，当使用某种尺寸的爆震管时，只需将 相应的面朝上放置即可测量。由于此时爆震管1的外径小于传感器测量端直径，所以 管壁通孔7直径小于爆震管1外径尺寸，所测压力波形如图8所示，其中P1压力峰值 为1.074MPa，P2为0.833MPa。