本发明公开了一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，属于固体燃料颗粒着火、燃烧和气化等反应动力学特性研究的领域。该系统通过在压力容器上开设光学视窗，并采取配有双层方形石英管的平面火焰燃烧器作为热源，可实现在高温高压环境下对固体燃料颗粒反应过程的可视化监测。通过连续激光与高速摄像的配合，可以对颗粒从冷态加热到热态着火发光到反应殆尽的整个过程的细观形貌及亮度演变进行连续在线观测，有利于后续通过数据处理得到着火延迟时间、着火温度、颗粒温度变化和颗粒反应速率等特性参数。
1.一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，包括：加压反应单元(1)、光学测量单元(2)、加压烟气处理单元(4)和加压供气给粉单元(3)；
加压反应单元(1)包括压力容器(5)、保温套(11)、平面火焰燃烧器(6)、内层方形石英管(7)、外层方形石英管(10)、点火电热塞(8)；
压力容器(5)的上端和下端分别用上法兰盘和下法兰盘密封；保温套(11)设于压力容器(5)内壁；平面火焰燃烧器(6)从下法兰盘穿入压力容器(5)内部；外层方形石英管(10)套在平面火焰燃烧器(6)的外部且下端置于下法兰盘上；内层方形石英管(7)位于外层方形石英管(10)内部且下端置于平面火焰燃烧器(6)的上表面上，并可随平面火焰燃烧器(6)一起上下移动；所述平面火焰燃烧器(6)制成内方外圆的结构以配合方形石英管进行光路架设；
压力容器(5)上设置有光学视窗(13)、点火电热塞(8)、观火口(16)和补气气路接口(12)，四个光学视窗(13)沿压力容器(5)侧壁周向均匀分布，且正对内层方形石英管(7)；点火电热塞(8)置于外层方形石英管(10)顶端，观火口(16)与点火电热塞(8)处于相同高度，以便观察点火情况；
光学测量单元(2)包括正交布置的连续激光片光(25)和高速摄像机(24)，连续激光片光(25)和高速摄像机(24)的光路分别通过两个相对的光学视窗(13)；
加压烟气处理单元(4)包括依次通过管路相连接的取样枪(9)、颗粒过滤器(38)、冷凝罐(40)、背压阀(41)以及烟气分析仪(42)；取样枪(9)从上法兰盘插入压力容器(5)内部，且其下端置于内层石英管(7)的上端；取样枪(9)中心设有可拆卸的S型中心测温热电偶，使用时，S型中心测温热电偶从取样枪(9)下端部伸出并可上下移动，以得到不同高度的中心气温；
加压供气给粉单元(3)用于平面火焰燃烧器(6)给粉及供气、取样枪(9)冷却气供气以及压力容器(5)补气供气；
加压供气给粉单元(3)包括一氧化碳供给装置(26)、氢气供给装置(27)、氧气供给装置(28)、二氧化碳供给装置(29)、惰性气体供给装置(30)以及加压给粉器(35)；惰性气体为氮气或氩气；
一氧化碳供给装置(26)和氢气供给装置(27)的气路汇聚后组成燃料气路(31)，通入平面火焰燃烧器(6)；
惰性气体供给装置(30)的气路分为三路：第一路作为补气气路(37)连接补气气路接口(12)，用于压力容器(5)内部环境补气；第二路与氧气供给装置(28)和二氧化碳供给装置(29)的气路汇合后组成氧化气路(32)，通入平面火焰燃烧器(6)；第三路分为携带气路(33)及流化气路(34)两条支路，分别通入加压给粉器(35)中，以携带燃料颗粒进入给粉气路(36)，最终送入平面火焰燃烧器(6)。
2.如权利要求1所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，一氧化碳供给装置(26)、氢气供给装置(27)、氧气供给装置(28)和二氧化碳供给装置(29)的气路，以及惰性气体供给装置(30)的第一路、第二路和第三路气路，均独立设置减压阀、针阀和质量流量计，用于各路气体流量的独立监测及调节。
3.如权利要求1所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，加压给粉器(35)置于压力容器(5)外部，通过调整其步进电机的给进速度可调节给粉量，给粉气路(36)上设有压电陶瓷振动器，以防止固体燃料颗粒堵塞。
4.如权利要求1所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，惰性气体供给装置(30)还包括取样枪冷却气路，其出气口布置于取样枪(9)下端部，与进入取样枪(9)的热气流快速混合达到冷却的目的。
5.如权利要求1所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，将一氧化碳和氢气替换成甲烷、乙烯。
6.如权利要求1～5任意一项所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，系统还配置有监测与安全单元，监测与安全单元包括压力传感器(14)、安全阀(17)和温度传感器(39)，压力传感器(14)用于监测压力容器(5)的内部压力，安全阀(17)用于在压力容器(5)内部压力过高时泄压，温度传感器(39)设于颗粒过滤器(38)和冷凝罐(40)之间，用于监测烟气温度。
7.如权利要求1～5任意一项所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，还包括水冷单元；水冷单元包括燃烧器水冷、压力容器上下法兰盘水冷以及取样枪水冷，分别用于平面火焰燃烧器(6)、上法兰盘、下法兰盘以及取样枪(9)的冷却降温。
8.如权利要求1～5任意一项所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，下法兰盘与平面火焰燃烧器(6)之间通过多层氟胶O型圈及铜构件密封，取样枪(9)与上法兰盘之间通过多层氟胶O型圈及铜构件密封。
9.如权利要求1～5任意一项所述的一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其特征在于，还包括图像分析处理器和颗粒追踪程序模块；所述图像分析处理器在调用所述颗粒追踪程序模块时，按照如下方法进行颗粒追踪：通过逐帧对比高速摄像机拍摄的照片中的颗粒成像位置，同时参考颗粒被气流携带时运动速度的理论计算值，估算出燃料颗粒移动速度的最大值；以此颗粒最大速度的估算值，结合相邻两帧高速照片的时间间隔，获得该颗粒在下一帧照片中的最大位移值，并以此估算出下一帧照片中与此对应的匹配颗粒可能出现的区域范围；对该区域范围内包含的所有颗粒图像，依据成像的形状和亮度分布特性，逐一与上一帧照片中对应颗粒的数字图像进行互相关计算，获得该区域范围内所有颗粒质心处的相关系数值；从中选取相关系数最大值对应的颗粒，作为上一帧颗粒在下一帧照片中对应的匹配颗粒，从而实现对离散颗粒的逐一识别、追踪和匹配，最终获得单个颗粒随时间连续演变的数字图像序列。
一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统
技术领域
[0001] 本发明属于固体燃料颗粒的着火、燃烧和气化等反应动力学特性研究领域，涉及一种可视化的加压实验系统，更具体地，涉及一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统。
背景技术
[0002] 微米、纳米粉体燃料的着火、燃烧和气化等反应动力学特性，对于燃烧装置的设计具有重要的参考意义。在实际应用中，粉体反应往往处在比较极端的高温高压环境中，这些环境是目前大多数实验室设备难以达到的。因此，亟需一种可以模拟燃料颗粒在极端的高温高压环境下着火燃烧，并能对其过程进行准确有效的监测的实验系统。
[0003] 目前已有多种不同类型的加压实验系统，如加压热重分析仪、加压滴管炉、加压固定床和加压平面火焰携带流式反应器等，但这些系统均存在局限性：加压热重只能研究静止状态下的颗粒燃烧，且加热温度低(一般低于1273K)，加热速率慢(3-200K/min)；加压滴3 4
管炉可达到高温高压的环境，但其加热速率最高只能达到10-10K/s；加压固定床反应物多为大颗粒或堆积粉层，且温度一般也在723-1273K之间，与实际应用有较大差距。
[0004] 加压平面火焰携带流式反应器利用燃气燃烧产生的高温烟气加热颗粒，其温度可达1800-2000K，加热速率可达105-106K/s,最接近于颗粒燃烧的实际环境，但现有的加压平焰燃烧器设备基本没有配备可视化观测的系统。
发明内容
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，其目的在于，通过在离散颗粒反应设备中添加可视化监测装置，通过激光、高速摄像机实时获取反应过程中的颗粒图像，由此解决现有技术中缺乏高温高压下可视化观测手段的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可视化的加压离散颗粒反应动力学实验系统，包括：加压反应单元和光学测量单元；
[0007] 加压反应单元包括压力容器、保温套、平面火焰燃烧器、内层方形石英管、外层方形石英管、点火电热塞；
[0008] 压力容器的上端和下端分别用上法兰盘和下法兰盘密封；保温套设于压力容器内壁；平面火焰燃烧器从下法兰盘穿入压力容器内部；外层方形石英管套在平面火焰燃烧器的外部且下端置于下法兰盘上；内层方形石英管位于外层方形石英管内部且下端置于平面火焰燃烧器的上表面上，并可随平面火焰燃烧器一起上下移动；
[0009] 压力容器上设置有光学视窗、点火电热塞、观火口和补气气路接口；四个光学视窗沿压力容器侧壁周向均匀分布，且正对内层方形石英管；点火电热塞置于外层方形石英管顶端，观火口与点火电热塞处于相同高度，以便观察点火情况；
[0010] 光学测量单元包括正交布置的连续激光片光和高速摄像机，连续激光片光和高速摄像机的光路分别通过两个相对的光学视窗。
[0011] 进一步地，还包括加压供气给粉单元和加压烟气处理单元；
[0012] 加压烟气处理单元包括依次通过管路相连接的取样枪、颗粒过滤器、冷凝罐、背压阀以及烟气分析仪；取样枪从上法兰盘插入压力容器内部，且其下端置于内层石英管的上端，取样枪中心设有可拆卸的S型中心测温热电偶，使用时，S型中心测温热电偶从取样枪下端部伸出并可上下移动，以得到不同高度的中心气温；
[0013] 加压供气给粉单元用于平面火焰燃烧器给粉供气、取样枪冷却气供气以及压力容器补气供气。
[0014] 进一步地，加压供气给粉单元包括一氧化碳供给装置、氢气供给装置、氧气供给装置、二氧化碳供给装置、惰性气体供给装置以及加压给粉器；
[0015] 一氧化碳供给装置和氢气供给装置的气路汇聚后组成燃料气路，通入平面火焰燃烧器，一氧化碳和氢气也可替换成甲烷、乙烯等可燃性气体；
[0016] 惰性气体供给装置的气路分为三路：第一路作为补气气路连接补气气路接口，用于压力容器内部环境补气；第二路与氧气供给装置和二氧化碳供给装置的气路汇合后组成氧化气路，通入平面火焰燃烧器；第三路分为携带气路及流化气路两条支路，分别通入加压给粉器中，以携带燃料颗粒进入给粉气路，最终送入平面火焰燃烧器。
[0017] 进一步地，一氧化碳供给装置、氢气供给装置、氧气供给装置和二氧化碳供给装置的气路，以及惰性气体供给装置的第一路、第二路和第三路气路，均独立设置减压阀、针阀和质量流量计，用于各路气体流量的独立监测及调节。
[0018] 进一步地，加压给粉器置于压力容器外部，通过调整其步进电机的给进速度可调节给粉量，给粉气路上设有压电陶瓷振动器，以防止固体燃料颗粒堵塞。
[0019] 进一步地，惰性气体供给装置还包括取样枪冷却气路，其出气口布置于取样枪下端部，与进入取样枪的热气流快速混合达到冷却的目的。
[0020] 进一步地，系统还设置有监测与安全单元，其包括压力传感器、安全阀和温度传感器，压力传感器用于监测压力容器的内部压力，安全阀用于在压力容器内部压力过高时泄压，温度传感器设于颗粒过滤器和冷凝罐之间，用于监测烟气温度。
[0021] 进一步地，还包括水冷单元；水冷单元包括燃烧器水冷、压力容器上下法兰盘水冷以及取样枪水冷，分别用于平面火焰燃烧器、上法兰盘、下法兰盘以及取样枪的冷却降温。
[0022] 进一步地，下法兰盘与平面火焰燃烧器之间通过多层氟胶O型圈及铜构件密封，取样枪与上法兰盘之间通过多层氟胶O型圈及铜构件密封。
[0023] 进一步地，还包括图像分析处理器和颗粒追踪程序模块；所述图像分析处理器在调用所述颗粒追踪程序模块时，按照如下方法进行颗粒追踪：通过逐帧对比高速摄像机拍摄的照片中的颗粒成像位置，同时参考颗粒被气流携带时运动速度的理论计算值，估算出燃料颗粒移动速度的最大值；以此颗粒最大速度的估算值，结合相邻两帧高速照片的时间间隔，获得该颗粒在下一帧照片中的最大位移值，并以此估算出下一帧照片中与此对应的匹配颗粒可能出现的区域范围；对该区域范围内包含的所有颗粒图像，依据成像的形状和亮度分布特性，逐一与上一帧照片中对应颗粒的数字图像进行互相关计算，获得该区域范围内所有颗粒质心处的相关系数值；从中选取相关系数最大值对应的颗粒，作为上一帧颗粒在下一帧照片中对应的匹配颗粒，从而实现对离散颗粒的逐一识别、追踪和匹配，最终获得单个颗粒随时间连续演变的数字图像序列。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 1、通过连续激光与高速摄像的配合，可以对颗粒从冷态加热到热态着火发光到反应殆尽的整个过程的细观形貌及亮度演变进行连续在线观测，提供了高温高压下的可视化监测手段，能够有利于后续通过数据处理得到着火延迟时间、着火温度、颗粒反应温度和颗粒反应速率等特性参数。
[0026] 2、本发明能实现不同压力、温度、气氛下的连续给粉燃烧/气化，经测试，能够在压5 6
力10MPa、温度2000K、加热速率10-10K/s的条件下正常使用，气氛可调节为不同氧浓度的O2/N2和O2/CO2气氛，给粉状态可从单颗粒到颗粒群，从而最大程度模拟实际燃烧装置的反应条件。
[0027] 3、通过调整燃烧器和取样枪间距，通过取样枪对不同反应阶段中的颗粒样品进行离线采集分析，还可得到膨胀率、燃尽率等特性参数。
[0028] 4、通过烟气分析仪对烟气成分进行分析，可得到NOx、SOx等污染物的排放特性。
[0029] 5、通过激光辅助高速摄像手段，结合离散颗粒追踪算法，实现离散固体燃料颗粒在高温高压条件下燃烧/气化连续反应过程的实时细观形貌图像捕捉，由此解决现有技术中难以在高压、高温、高加热速率、可控气氛条件下实时在线观测离散单颗粒及颗粒群的细观反应全过程的技术问题，可研究在不同压力、温度和气氛下，固体燃料单颗粒与颗粒群燃烧/气化过程中的形态变化以及着火延迟时间、着火温度、着火方式、燃烧/气化动力学等特性。
附图说明
[0030] 图1为本发明优选实施例的总体结构示意图；
[0031] 图2a为本发明优选实施例的压力容器主视图视角的剖视图；
[0032] 图2b为本发明优选实施例的压力容器的主视图；
[0033] 图2c为图2b的侧视图；
[0034] 图2d为本发明优选实施例的平面火焰燃烧器的剖视图；
[0035] 图3为本发明优选实施例的光学测量单元的示意图；
[0036] 图4为本发明优选实施例的加压供气及给粉单元示意图；
[0037] 图5为本发明优选实施例的加压烟气处理单元的示意图。
[0038] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0039] 1-加压反应单元，2-光学测量单元，3-加压供气给粉单元，4-加压烟气处理单元，5-压力容器，6-平面火焰燃烧器，7-内层方形石英管，8-点火电热塞，9-取样枪，10-外层方形石英管，11-保温套，12-补气气路接口，13-四个光学视窗，14-压力传感器接口，15-点火电热塞接线柱，16-观火口，17-安全阀，18-燃料气仓，19-氧化气仓，20-水冷仓，21-燃料气管，22-氧化气管，23-给粉管，24-高速摄像机，25-连续激光片光，26-一氧化碳供给装置，
27-氢气供给装置，28-氧气供给装置，29-二氧化碳供给装置，30-惰性气体供给装置，31-燃料气路，32-氧化气路，33-携带气路，34-流化气路，35-加压给粉器，36-给粉气路，37-补气气路，38-颗粒过滤器，39-温度传感器，40-冷凝罐，41-背压阀，42-烟气分析仪，43-烟气排气口。
具体实施方式
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0041] 如图1所示，本发明提供一种离散固体颗粒加压反应动力学研究的可视化系统，主要由加压反应单元1、光学测量单元2、加压供气给粉单元3和加压烟气处理单元4四大部分组成。
[0042] 如图2a为所述加压反应单元1的剖面图，图2b和2c分别为主视图与右视图。压力容器5内由下向上布置有平面火焰燃烧器6、内层方形石英管7、点火电热塞8及取样枪9；压力容器5中由内而外布置用于隔热以及保护内层方形石英管7的外层方形石英管10和用于隔热保温的保温套11；压力容器5壁面上由下而上安装有一个补气气路接口12、四个光学视窗13、一个压力传感器接口14、两个点火电热塞接线柱15、一个观火口16和一个安全阀17，所述光学视窗正交布置于同一高度。图2d为所述加压平面火焰燃烧器6示意图，平面火焰燃烧器由燃料气仓18、氧化气仓19与水冷仓20共同构成，燃料气仓与氧化气仓用封板隔开，主要用于组织气体流场，水冷仓确保燃烧器温度低于80摄氏度。燃料气管21用于燃烧器燃料气的提供，氧化气管22用于提供氧化气，给粉管23由燃烧器中心插入，用于燃料颗粒的供给。
燃烧器上端为外表面光滑的管型结构，下端为法兰连接结构，保证其能够在滑动密封条件下工作。
[0043] 图3为所述光学测量单元2示意图，该单元主要由高速摄像机24和连续激光片光25组成，且高速摄像机24和连续激光片光25正交布置在所述光学视窗13同一高度。连续激光采用波长为532nm、厚度为0.5mm绿色片光，激光透过光学视窗照射于内层方形石英管7的中心轴线。冷态的固体燃料颗粒在经过内层方形石英管7时，被连续激光照亮，光线被高速摄像机24捕捉。特别地，内层方形石英管7与外层方形石英管10为方形透明耐高温石英材质，且所述平面火焰燃烧器6制成内方外圆的结构以配合方形石英管进行光路架设。
[0044] 图4为所述加压供气给粉单元3示意图，加压供气给粉单元3包括一氧化碳供给装置26、氢气供给装置27、氧气供给装置28、二氧化碳供给装置29、惰性气体供给装置30以及加压给粉器35；
[0045] 一氧化碳供给装置26和氢气供给装置27的气路汇聚后组成燃料气路31，连接平面火焰燃烧器6的燃料气管21；
[0046] 惰性气体供给装置30的气路分为三路：第一路作为补气气路37连接补气气路接口12，用于压力容器5内部环境补气；第二路与氧气供给装置28和二氧化碳供给装置29的气路汇合后组成氧化气路32，连接平面火焰燃烧器6的氧化气管22；第三路分为携带气路33及流化气路34两条支路，分别通入加压给粉器35中，以携带燃料颗粒进入给粉气路36，最终通过给粉管23送入平面火焰燃烧器6。
[0047] 图5为所述加压烟气处理单元4示意图，通过管路依次连接有颗粒过滤器38、温度传感器39、冷凝罐40、背压阀41、烟气分析仪42以及烟气排气口43。
[0048] 实际操作过程中，首先打开氧化气路32的阀门通入氧化气，再打开点火电热塞8的电源使其缓慢升温至烧红，再打开燃料气路31的阀门通入燃料气，燃料气在点火电热塞8处点燃后，火焰会沿内层方形石英管7向下传播至平面火焰燃烧器6的上表面，形成平面火焰，而高温烟气在内层方形石英管7中形成高温稳定流场，最高温度可达1800K-2000K。高压给粉器35可实现10MPa高压下固体燃料颗粒的连续给料，给粉量可选0.1-30g/h，可实现单颗粒到颗粒群的不同给粉状态。燃料颗粒由平面火焰燃烧器6中心的给粉管进入到内层方形石英管7，通过高温烟气的加热实现点火燃烧。燃烧形成的尾部烟气由取样枪9收集后，进入加压烟气处理单元4完成过滤、取样、分析等步骤。
[0049] 对内层方形石英管7中进行燃烧反应的燃料颗粒进行光学测量，波长为532nm、厚度为0.5mm的连续激光片光25(波长可调，能够方便冷态颗粒标记即可，但需要选择绿光波段)透过光学视窗照射于内层方形石英管7的中心轴线，主要用于对冷态颗粒的标记，当颗粒着火燃烧后，会产生较强的自辐射信号。高速摄像机24可以捕捉燃料颗粒从冷态加热到着火燃烧到燃尽的整个过程的图像，图像处理主要采取单颗粒追踪与统计结合的方法。光学测量系统具有较高的空间分辨率。图像处理主要采取单颗粒追踪与统计结合的方法，利用颗粒追踪(Particle Tracing Velocimetry:PTV)程序模块处理高速摄像拍摄的图片可实现对单个颗粒从未燃到着火及反应殆尽整个过程的连续运动轨迹的识别与追踪，通过计算可得每个颗粒的运动速度及停留时间；同时利用双色法可以得到每个颗粒的温度；再通过统计分析，可以获得着火方式、着火延迟时间、着火温度、颗粒温度变化及反应速率等特性参数。
[0050] 颗粒追踪(PTV)程序模块实现的颗粒追踪方法具体为：
[0051] 由于每帧图像拍摄的时间间隔一般都是恒定的(帧速恒定)，通过对实际图片中颗粒位置的逐帧比对以及颗粒被气流携带时运动速度变化的理论计算，可以估算出燃料颗粒移动速度的最大值；以此颗粒最大速度的估算值，结合相邻两帧高速照片的时间间隔，获得该颗粒在下一帧照片中的最大位移值，并以此估算出下一帧照片中与此对应的匹配颗粒可能出现的区域范围；对该区域范围内包含的所有颗粒图像，依据成像的形状和亮度分布特性，逐一与上一帧照片中对应颗粒的数字图像进行互相关计算，获得该区域范围内所有颗粒质心处的相关系数值；从中选取相关系数最大值对应的颗粒，作为上一帧颗粒在下一帧照片中对应的匹配颗粒，从而实现对离散颗粒的逐一识别、追踪和匹配，最终获得单个颗粒随时间连续演变的数字图像序列。依据该图像序列，获得颗粒质心的位移，结合高速摄像的帧速，可以得到每个颗粒沿其运动轨迹的准确速度。
[0052] 统计分析实现方法具体为：将反应区划分为等高的若干个区域，对每个区域中所有颗粒的大小、尺寸、亮度等特征进行统计平均，作为该区域对应高度下颗粒的特征量，此方法可以极大减小实验偶然性所带来的误差。颗粒的温度信息则由双色测温法得到，具体为：物体表面发出的某个波长热辐射强度值与物体的温度和此波长下的单色发射率有关，已知发射率的信息的情况下，通过两个不同波长下的单色辐射强度的比值即可得到物体表面温度。彩色高速摄像得到图片中的R、G、B值信息对应颗粒表面三个不同波长范围下的辐射强度，通过黑体炉标定即可得到R、G值与波长700nm、546nm下光辐射强度的对应关系，即可将R、G值转化为700nm、546nm波长下的单色辐射强度，通过比值计算即可得到颗粒温度分布信息。
[0053] 特别地，在光学测量过程中，为最大限度地拍摄到颗粒反应的整个过程，需要对由平焰燃烧器6、内层方形石英管7、取样枪9组成的反应系统进行整体同步移动。因此设定有夹持控制系统，使得燃烧器夹持电机与取样枪夹持电机可以同步同向移动，从而在保证其他条件不变的情况下改变相机拍摄位置。
[0054] 反应后的尾部烟气进入取样枪9中，颗粒过滤器38用于烟气中固体颗粒产物的取样，通过分析可得膨胀率、燃尽率；温度传感器39用于监测与控制烟气温度，冷凝罐40用于冷凝烟气中的低沸点气体和水分，防止管路堵塞；背压阀41用于控制整个单元的压力；最后一部分烟气进入烟气分析仪42进行成分分析，其余部分通过烟气排气口43排出。另外，取样枪最上部还预留有热电偶插口，不使用时可以密封，使用时插入一根包覆一段金属屏蔽外壳的热电偶，通过多层O型圈堆叠加一个螺纹压紧结构压紧的方式进行密封连接，可实现带压下的移动密封，从而方便测量反应区不同高度的温度。
[0055] 优选地，平面火焰燃烧器的安装及密封方式如下：平面火焰燃烧器由下法兰盘中心插入压力容器，平面火焰燃烧器与法兰盘之间垫有一圆环型铜构件，铜构件主要用于增强散热，它与法兰盘之间使用安装于压力容器内部的螺栓连接，与燃烧器之间使用多层氟橡胶O型圈密封，达到带压移动的目的。而取样枪由上法兰盘中心插入压力容器，此处密封结构与平面火焰燃烧器处类似，为铜构件加多层氟橡胶密封。
[0056] 整个反应单元均在高压下运行，实际工作压力控制在0.1-10MPa之间。单元压力由压力传感器14监测，并通过补气气路37与背压阀41控制其稳定在设定的压力值。
[0057] 本发明实现了不同压力、温度、气氛下连续的给粉燃烧/气化，可知压力10MPa、温度1800-2000K、加热速率105-106K/s条件下正常工作，并可模拟不同氧浓度的O2/N2和O2/CO2气氛，给粉状态可从单颗粒到颗粒群，最大程度模拟实际燃烧装置的反应条件。通过光学测量分析，可得到固体燃料颗粒反应过程中尺寸、形貌、温度、速度、着火延迟时间等特性；通过对颗粒样品进行离线收集，可得到不同停留时间的颗粒膨胀率、燃尽率等特性参数；通过尾部烟气成分分析，可得污染物排放特性。
[0058] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
