[發明專利]一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統及方法

在審

• 申請號: 201811020758.6
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109115829A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 張恒;芮志英;汪娟娟;李曉婉
• 申請（專利權）人: 馬鞍山市常立發機械制造有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N21/84
• 代理公司: 合肥東信智谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34143
• 代理人: 李兵

本發明公開了一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統及方法，所述系統包括定容燃燒彈、進排氣系統、掛滴裝置、點火裝置、數據采集系統和圖像采集系統。本發明通過向定容燃燒彈通入指定壓力的高壓空氣，以實現燃料液滴的亞/超臨界壓力環境，并在細石英棒懸掛液滴內部嵌入一支熱電偶，以獲取與高速攝影圖像同步的液滴溫度數據，開展從亞臨界壓力至超臨界壓力范圍內多個不同壓力環境下的液滴燃燒試驗，并可進行不同液滴直徑的相關試驗，通過分析亞臨界和超臨界環境下液滴蒸發與燃燒特性的變化來獲得對液滴超臨界行為的深入認識。

技術領域

本發明涉及碳氫燃料蒸發與燃燒特性試驗技術領域，尤其涉及一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統及方法。

背景技術

液滴蒸發燃燒過程是噴霧燃燒的基本控制單元，對單滴蒸發與燃燒的深入研究是闡明噴霧燃燒現象和機理的基本需求，故燃料液滴的蒸發與燃燒特性研究是液體燃料應用研究的重要組成部分。直噴式內燃機、液體火箭發動機、新一代燃氣輪機、脈沖爆震發動機和液體燃料沖壓發動機等高壓燃燒設備的燃燒室環境均達到了噴射燃料的熱力學臨界條件，液體燃料以亞臨界初始溫度噴射霧化進入燃燒室，霧化形成的燃料液滴在高于其臨界壓力和臨界溫度的環境下經歷蒸發、與空氣混合、著火和燃燒過程，在此持續期內，液滴從亞臨界溫度迅速加熱升溫并有可能發生由亞臨界狀態至超臨界狀態的遷移，由于超臨界狀態下流體的密度、粘度、表面張力、蒸發焓、傳熱系數、溶解度和介電常數等所有流體的物性會發生急劇變化，使得超臨界流體具有許多獨特的性質。因此超臨界環境中燃料液滴蒸發與燃燒特性更是燃燒學領域長期以來備受關注的重要研究內容。國內近些年主要開展了液滴低壓(低于燃料臨界壓力)與常壓下的蒸發與燃燒試驗研究，以及超臨界環境中燃料液滴蒸發與燃燒的數值研究，而開展超臨界環境中燃料液滴蒸發與燃燒特性試驗的研究較少，針對此問題，本發明提出了一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統及方法。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統及方法。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：

一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統，包括：

作為試驗容器的定容燃燒彈；

進排氣系統，和定容燃燒彈連接，用于試驗時向定容燃燒彈內充入高壓氣體，并在試驗完成后將高壓氣體排出；

掛滴裝置，安裝于定容燃燒彈內，用于懸掛試驗用的液滴；

點火裝置，安裝于定容燃燒彈內，用于引燃懸掛于掛滴裝置上的試驗用液滴；

數據采集系統，安裝于定容燃燒彈外部，用于采集實驗過程中的溫度、電壓等數據；

圖像采集系統，安裝于定容燃燒彈外部，用于采集液滴燃燒過程瞬態變化圖像。

優選的，所述的一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統，所述的定容燃燒彈為長方體狀，所述定容燃燒彈的左側面和右側面上都設置觀察窗，所述定容燃燒彈左側面的觀察窗和定容燃燒彈右側面的觀察窗的高度相同。

優選的，所述的一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統，所述進排氣系統包括進氣管、高壓氣瓶和排氣管，所述進氣管和排氣管都和定容燃燒彈內部連通，所述高壓氣瓶和進氣管連接，所述的進氣管上安裝有壓力表，所述的進氣管和排氣管上都安裝有閥門。

優選的，所述的一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統，所述的掛滴裝置為底端為球形的細石英棒，所述細石英棒的底端位于定容燃燒彈觀察窗軸心位置。

優選的，所述的一種亞\超臨界碳氫液滴的蒸發與燃燒研究系統，所述的點火裝置包括點火器和變壓器，所述的點火器為鎳鉻加熱線圈，所述的點火器設置于掛滴裝置正下部，所述的變壓器設置于定容燃燒彈外部，所述變壓器和點火器電連接。