[發明專利]碳氫燃料超臨界裂解產物的密度和流速測定裝置及其測定方法

有效

• 申請號: 201110351008.9
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN102507375A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李象遠;李翔;王健禮;王軍;朱權;高敏
• 申請（專利權）人: 四川大學;成都航利閥門成套設備有限公司
• 主分類號: G01N9/26
• 分類號: G01N9/26;G01P5/14
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 鄧繼軒

技術領域

本發明涉及一種碳氫燃料高溫裂解產物的密度和流速測定裝置及其測定方法，屬于工程熱物理及燃料物性測試領域。

背景技術

超燃沖壓發動機技術要求一定流量的碳氫燃料在小口徑冷卻通道中加熱并發生相變和裂解反應，吸收發動機燃燒室的熱量，從而實現發動機的冷卻。冷卻通道內徑一般在3mm以下。由于反應存在，高溫體系中存在氣-液(液體燃料和蒸汽)和氣-固(裂解氣和結焦微粒)等多相平衡問題，目前尚無一種方法能實現燃料在高溫相變和裂解反應過程中流動體系的密度和流速的在線測定。

由于燃料分子在高溫下得相變和反應，體系的相態、分子量和密度不斷發生變化。由于裂解反應是吸熱反應，難以達到化學平衡，所以體系密度和流速除受溫度和壓力影響外，還受到加熱時間的影響。在工程性試驗中，隨著燃料在管內質量流量的變化，燃料在管內加熱段停留時間發生變化，裂解反應開始后，密度受多個參數影響，需要實現不同工程條件下燃料密度的在線測量。

差壓式流量計基于在流通管道上設置流動阻力件，流體通過阻力件時將產生壓力差，此壓力差與與流體密度乘積與流體流量之間有確定的數值關系，在已知密度條件下，通過測量差壓值可以求得流體流量。最常用的差壓式流量計是由產生差壓的裝置和差壓計組合而成。產生差壓的節流裝置有多種型式，如孔板、噴嘴、文丘利管等。差壓流量計已經廣泛用于液體和非反應氣相低溫介質流量的測定，如我國的流量計標準“用標準孔板流量計測量天然氣流量”(GB/T?21446-2008)，“流量測量節流裝置”(GB/T?2624-1993)和液體燃料流量測定的孔板流量計(王朋軍，火箭推進，2005，31，50)。

現有的孔板流量計管道內徑一般要求50mm以上(GB/T?21446-2008)，而用于超燃沖壓發動機冷卻的燃料通道一般在3mm以下，目前的已開發成熟的孔板流量計不能適應這種工況。

另一方面，常溫液體燃料的質量流量測定已有成熟技術，可選用商品化質量流量計來實現冷態條件下得流體質量流量的測定。

本發明的基本思想就是將冷態條件下的質量流量測定和高溫條件下的孔板差壓信號測定聯合起來，開發一種小口徑孔板裝置，建立小口徑管道內燃料高溫裂解過程介質密度和流速的在線測定方法。

發明內容

本發明目的是針對現有技術的不足而提供一種碳氫燃料高溫裂解產物的密度和流速測定裝置及其在線測定方法，其特點是將成熟的冷態液體質量流量測定與小口徑管道節流孔板取壓方法聯合起來，實現高溫(1200K以下)、超臨界和亞臨界(0.1～6MPa)多相反應流條件下燃料密度和流速的測量。

本發明目的工作原理

差壓計基于在流通管道上設置流動阻力件，流體通過阻力件時將產生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數值關系。設D和d為截面I和II上流束直徑，u₁和u₂為截面I和II上軸向流速，ρ為流體密度，則

u1ρπD24=u2ρπd24---(1)]]>

當理想流體在管內定常流動時，對于管道中任意兩個截面I和II有如下關系式，