【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，属于燃烧测试。
技术介绍
1、新型水下动力装置以高能金属推进剂作为燃料和冲压进入的水作为氧化剂，是水下航行器超高航速、超远航程不可或缺的部分。而推进剂中金属含量越高，推进剂能量越大，水下航行器航程越远。然而，进一步增大推进剂中金属含量，相应氧化剂高氯酸铵(ap)必然极大减少，高金属含量推进剂将难以实现自持燃烧，金属与水反应的启动和维持都将存在困难。原因在于推进剂自身燃烧所能释放的热量受限，而水在蒸发过程中会吸收大量热量，导致燃烧室环境达不到金属与水剧烈反应条件，无法形成至燃面的能量正反馈，导致推进剂自持燃烧停止。外部能量注入是拓宽高金属含量推进剂自持稳定燃烧边界的有效技术途径，在现有水下动力装置构型基础上，融合高效能辅助燃烧技术，对水下动力发展有着重大意义。
2、在高温、高压、充满气态和液态水的燃烧室环境中，微波等离子体辅助燃烧展示出独特优势。一方面，高功率微波具备显著热效应，能够有效加热水分子和金属颗粒，进而提高水的雾化蒸发速率、金属水反应以及火焰传播速度。同时，电离水蒸气形成等离子体，为金属的氧化反应提供oh和o等自由基，提高金属的氧化反应速率，促进热量释放，具备较强的动力学强化效应。另一方面，微波能量馈入无需电极，可在结构上实现与水的物理隔绝，规避短路失效风险。这些优势使得微波等离子体辅助高金属含量推进剂与水反应燃烧极具工程应用潜力。
3、然而，水下动力装置燃烧室内部为含金属颗粒燃气以及水蒸气氛围的多相复杂环境，对微波等离子体而言，其放电机制与纯
4、因此，设计一种稳定的、精准的微波等离子体辅助金属与水反应燃料燃烧的综合实验测量平台具有迫切的需求。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提出了一种微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，通过设置燃烧调节系统、燃料综合供应系统、微波等离子体发生系统、诊断系统和综合控制系统，构建了一个稳定精准的综合实验平台，能够更好的观测和研究微波对金属与水反应燃烧的影响以及分析其具体影响因素，有力推动了关于判断其燃烧主导机制等研究。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，包括燃烧调节系统、燃料综合供应系统、微波等离子体发生系统、诊断系统和综合控制系统；
3、所述燃烧调节系统包括由下至上依次连通的预混腔室和燃烧腔室，所述预混腔室内设置整流装置和点火器，所述整流装置用于控制混合气体的均匀程度；所述燃烧腔室包括由下至上依次分布的微波助燃区、观测诊断区和产物分析区，所述产物分析区的顶部设置背压阀，所述背压阀用于调控所述燃烧腔室内的反应压力；
4、所述燃料综合供应系统包括燃料供应装置和水气供应装置，所述燃料供应装置与所述微波等离子体发生系统设置在所述微波助燃区的两侧，所述水气供应装置与所述预混腔室连通；
5、所述诊断系统包括检测装置和光谱诊断装置，所述检测装置与所述光谱诊断装置电连接，所述检测装置与所述观测诊断区设置在同一水平面上；
6、所述综合控制系统包括总控制台和取样探针，所述取样探针与所述总控制台电连接，所述取样探针设置在所述产物分析区的一侧。
7、可选地，所述预混腔室包括第一混合室和第二混合室，所述第一混合室设置在所述第二混合室的底部，所述第二混合室与所述微波助燃区连通；
8、所述整流装置设置在所述第一混合室和所述第二混合室之间。
9、可选地，所述整流装置为孔洞分布均匀的多孔板。
10、通过整流装置实现气体的均匀混合是非常关键的，不均匀的混合可能导致局部反应过于剧烈或不完全反应，气体均匀混合可以确保氢气和氧气分子在反应区域内有更合适的接触机会，从而使反应更加充分和稳定。
11、采用多孔板作为整流装置，使气体在通过多孔板时，由于小孔的节流作用，气体的速度和压力会发生变化，从而使气流更加均匀。对于氢气和氧气的混合，多孔板可以使两种气体在通过时初步打乱原本可能存在的不均匀流动状态，使气体分子在多孔板下游有更均匀的分布。
12、可选地，所述水气供应装置包括供气部和供水部，所述供气部与所述第一混合室连通，所述供水部与所述第二混合室连通。
13、优选地，供气部包括氢气气瓶、氧气气瓶、气体流量阀以及相应的气体输送管路，载气由气瓶经由气体流量阀供给到第一混合室中。
14、可选地，所述微波等离子体发生系统与所述微波助燃区之间通过玻璃窗连接，所述燃料供应装置用于向所述微波助燃区内喷射金属颗粒。
15、优选地，玻璃窗材质为石英，金属颗粒为镁颗粒。
16、可选地，所述微波等离子体发生系统包括微波源、环形器、三螺调配器、波导和功率计，所述微波源、所述环形器、所述三螺调配器和所述波导同轴线依次设置。
17、可选地，所述微波源为固态微波源，用于产生固定频率的微波。
18、具体地，功率计与环形器连接，使固态微波源产生固定频率的微波，经环形器、三螺调配器以及波导馈入燃烧腔室内。
19、可选地，所述观测诊断区的两侧分别对称设置第一观测窗和第二观测窗；
20、所述检测装置包括传感器组件和光学检测组件，所述传感器组件用于监测所述燃烧腔室内的温度和压力，所述光学检测组件与所述第一观测窗和第二观测窗设置在同一直线上。
21、可选地，所述传感器组件包括压力传感器和热电偶；所述光学检测组件包括激光器、透镜和高速摄影仪，所述激光器和所述透镜依次设置在所述第一观测窗的外侧，所述高速摄影仪设置在所述第二观测窗的外侧。
22、可选地，所述燃烧调节系统还包括固定装置，所述固定装置用于连接固定所述燃烧腔室和所述预混腔室。
23、本申请能产生的有益效果包括但不限于：
24、1.本申请所提供的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，有助于系统性地分析微波对金属和水反应燃烧的促进作用以及影响因素，本实验平台不仅可以观察分析微波对反应的直接影响，还能研究其他相关影响因素，有助于进一步探索反应机制。
25、2.本申请所提供的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，通过使用固体微波源实现了等离子体密度的灵活调节，通过改变微波源的输出功率，实验者可以精确控制等离子体的密度，从而模拟不同的实验条件，观察这些变量对金属水反应速率和燃烧效率的具体影响，这种灵活性使得实验更具针对性和可重复性，能够用于广泛的研究范围。
26、3.本申请所提供的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，通过设置气体流量阀，可以灵活调节燃烧载气的压力和流量，结合背压阀实现燃烧后气体的精确释放。从而使实验条件的设置更加灵活，可以模拟不同的实际使用场景，提高对复杂燃烧过程的理解。
27、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，包括燃烧调节系统、燃料综合供应系统、微波等离子体发生系统、诊断系统和综合控制系统；
2.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述预混腔室包括第一混合室和第二混合室，所述第一混合室设置在所述第二混合室的底部，所述第二混合室与所述微波助燃区连通；
3.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述整流装置为孔洞分布均匀的多孔板。
4.根据权利要求2所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述水气供应装置包括供气部和供水部，所述供气部与所述第一混合室连通，所述供水部与所述第二混合室连通。
5.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述微波等离子体发生系统与所述微波助燃区之间通过玻璃窗连接，所述燃料供应装置用于向所述微波助燃区内喷射金属颗粒。
6.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述微波等离子体发生系统包括微波源、
7.根据权利要求6所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述微波源为固态微波源，用于产生固定频率的微波。
8.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述观测诊断区的两侧分别对称设置第一观测窗和第二观测窗；
9.根据权利要求8所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述传感器组件包括压力传感器和热电偶；
10.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述燃烧调节系统还包括固定装置，所述固定装置用于连接固定所述燃烧腔室和所述预混腔室。
...【技术特征摘要】
1.一种微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，包括燃烧调节系统、燃料综合供应系统、微波等离子体发生系统、诊断系统和综合控制系统；
2.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述预混腔室包括第一混合室和第二混合室，所述第一混合室设置在所述第二混合室的底部，所述第二混合室与所述微波助燃区连通；
3.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述整流装置为孔洞分布均匀的多孔板。
4.根据权利要求2所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述水气供应装置包括供气部和供水部，所述供气部与所述第一混合室连通，所述供水部与所述第二混合室连通。
5.根据权利要求1所述的微波等离子体辅助金属与水反应的实验平台，其特征在于，所述微波等离子体发生系统与所述微波助燃区之间通过玻璃窗连接，所述燃料供应装置用于向所...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍超，胡杰，何一方，徐宏博，刘佩进，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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