基于多热电偶法的固体推进剂燃烧室动态温度场测试研究
发布时间：2020-07-20 19:18
【摘要】：本文以固体推进剂燃烧温度场为研究对象,基于推进剂的燃烧机理和稳态燃烧模型,提出了多热电偶推进剂燃烧温度场测试方法,建立了固体推进剂的多热电偶动态温度场测试系统。针对系统的关键模块进行了性能测试,在安全规范流程下进行了推进剂燃烧测试实验,对温度场测量数据进行了处理与分析。主要内容包括:比较了工业上常用的固体推进剂燃速测试技术,分析了推进剂燃速测试中温度场的影响。介绍了现有常规固体推进剂的几大类型和推进剂燃烧的概念,对双基推进剂的燃烧机理进行了深入研究。分析了热电偶测温、红外辐射测温、CCD图像比色测温等多种燃烧温度测试方法。针对推进剂燃烧波结构的温度分布模型,结合多靶线动态燃速计算方法,建立了推进剂温度场的多热电偶测试模型。使用多靶线法测试推进剂燃烧过程的动态燃速,通过多热电偶采集到的温度信号研究温度对燃速的影响,并对热电偶测温中存在的误差进行了分析。在实验室原有的多靶线测试系统上进行了优化设计,搭建了多热电偶推进剂燃烧温度场测试系统。根据推进剂燃烧环境的高温瞬变等特点,进行了热电偶的选型;针对实验中多信号高速采集的需求,设计并制作了专用的高速信号采集卡;依据推进剂燃烧过程中涉及到的测试流程、现场控制及数据处理分析等需求,编写了具有多热电偶信号处理、系统状态检测控制、采集卡软硬件驱动及数据分析管理等功能的上位机软件。正式实验前,对测试平台的关键模块进行了性能检测,验证了系统的可靠性;按照规范的安全实验流程,开展了推进剂的燃烧测试实验;结合部分测试数据,分析了推进剂局部温度场变化与燃速变化的关系,为深入理解推进剂燃烧时的燃速动态变化过程提供了数据支撑。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V435.12
【图文】：
西安电子科技大学硕士学位论文14图2.4所示。图 2.4 黑体辐射的光谱功率分布由图中曲线可知，在黑体辐射过程中，随着温度的升高，物体的辐射能量会增大，且其辐射峰值会沿着短波方向移动。根据斯蒂芬—玻耳兹曼定理，对普朗克黑体辐射公式在全波长范围内积分，可以得到黑体的辐射出度与其温度的四次方成正比：( )4b b bP T T(2-13)其中， 为斯蒂芬—玻耳兹曼常量。在使用热辐射定律测量实际物理的表面真实温度时，需要引入物体发射率 表示同温度下实际物体与黑体辐射能力的接近程度，修正温度计算的误差。物体发射率的准确性是影响辐射测温精度的重要参数，黑体的发射率 1
图 4.2 钨铼热电偶丝一种难熔金属热电偶，热稳定性好，测温范围广于 20us），是良好的热传感材料，适用于高温和温[36]。其主要缺点是热电极在氧化气氛中易氧化，最适宜真空和惰性气体氛围中进行测温。而推氩气，营造一个惰性燃烧环境，避免了高温环境烧温度能够进行长时间的持续测量。数据采集卡系统信号的高速采集和热电偶传感器温度信号的集卡包括信号调理、滤波放大、模数转换、PC燃烧测试过程中的数据采集、环境监测和控制等卡使用 PCI 协议进行高速数据的传输，能够直接
单元模/数转换PCI总线接口PCI总线接口芯片压强信号计时信号图 4.3 专用数据采集卡功能框图数据采集卡中的模数转换部分采用 AD7606 作为模数转换芯片，具有 16bits 高分辨率、8 路模拟同步采样输入、±10V的双极性模拟信号输入及 200kbps 的最高速率，能够对推进剂燃烧测试中产生信号进行高速、高精度采集[37]。针对推进剂测试现场监测控制的需求及板卡资源的调度，在采集卡中加入 ARM 主控芯片， FPGA，能灵活控制外围，有更广泛的硬件接口如 SPI、USART、FSMC、TIMSB、甚至内部 ADC/DAC。基于上述考虑，选用 STM32F103VET6 作为板卡上的模块，用于计时、通过 FSMC 与 AD7606 连接、I/O 扩展等功能，并通过双口 RA PCI 接口芯片通信，实现采集卡的资源调度和现场控制功能。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V435.12
【图文】：
西安电子科技大学硕士学位论文14图2.4所示。图 2.4 黑体辐射的光谱功率分布由图中曲线可知，在黑体辐射过程中，随着温度的升高，物体的辐射能量会增大，且其辐射峰值会沿着短波方向移动。根据斯蒂芬—玻耳兹曼定理，对普朗克黑体辐射公式在全波长范围内积分，可以得到黑体的辐射出度与其温度的四次方成正比：( )4b b bP T T(2-13)其中， 为斯蒂芬—玻耳兹曼常量。在使用热辐射定律测量实际物理的表面真实温度时，需要引入物体发射率 表示同温度下实际物体与黑体辐射能力的接近程度，修正温度计算的误差。物体发射率的准确性是影响辐射测温精度的重要参数，黑体的发射率 1
图 4.2 钨铼热电偶丝一种难熔金属热电偶，热稳定性好，测温范围广于 20us），是良好的热传感材料，适用于高温和温[36]。其主要缺点是热电极在氧化气氛中易氧化，最适宜真空和惰性气体氛围中进行测温。而推氩气，营造一个惰性燃烧环境，避免了高温环境烧温度能够进行长时间的持续测量。数据采集卡系统信号的高速采集和热电偶传感器温度信号的集卡包括信号调理、滤波放大、模数转换、PC燃烧测试过程中的数据采集、环境监测和控制等卡使用 PCI 协议进行高速数据的传输，能够直接
单元模/数转换PCI总线接口PCI总线接口芯片压强信号计时信号图 4.3 专用数据采集卡功能框图数据采集卡中的模数转换部分采用 AD7606 作为模数转换芯片，具有 16bits 高分辨率、8 路模拟同步采样输入、±10V的双极性模拟信号输入及 200kbps 的最高速率，能够对推进剂燃烧测试中产生信号进行高速、高精度采集[37]。针对推进剂测试现场监测控制的需求及板卡资源的调度，在采集卡中加入 ARM 主控芯片， FPGA，能灵活控制外围，有更广泛的硬件接口如 SPI、USART、FSMC、TIMSB、甚至内部 ADC/DAC。基于上述考虑，选用 STM32F103VET6 作为板卡上的模块，用于计时、通过 FSMC 与 AD7606 连接、I/O 扩展等功能，并通过双口 RA PCI 接口芯片通信，实现采集卡的资源调度和现场控制功能。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 裴庆;赵凤起;罗阳;徐司雨;;固体推进剂燃速测试技术研究进展[J];火炸药学报;2015年03期
2 赵凤姣;厉虹;;PID控制器改进方法研究[J];控制工程;2015年03期
3 周志军;吉伟;黄昱;刘奔;周俊虎;;红外图像法研究富氧火焰燃烧特性[J];能源工程;2015年01期
4 赵Z
本文编号：2763842
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