[發明專利]一種再生冷卻通道內水油混合物流動與傳熱特性模擬裝置

在審

• 申請號: 202110760158.9
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113433033A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉朝陽;賈東鵬;潘余;王寧;馬磊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01N25/20
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發明涉及一種再生冷卻通道內水油混合物流動與傳熱特性模擬裝置，屬于流動與傳熱特性模擬領域。本發明由貯罐、過濾器、恒流泵、流量計、三通、預熱段、四通、二級加熱段、冷卻裝置、過濾器、背壓閥、煤油回收裝置、氣液分離器、濕式氣體流量計、氣體收集裝置、液體收集裝置、測控計算機、數據采集裝置、溫度傳感器、壁溫傳感器、壓強傳感器、高壓氣源組成。實現精確輸入工質，分段混合、加熱并對產物進行分離和收集的功能，能夠模擬超燃沖壓發動機冷卻通道內煤油與水混合物的混合與裂解。解決了獲得超燃沖壓發動機冷卻通道內煤油與水混合物的流動與傳熱特性的問題。具有使用方便，工作穩定，工況準確，安全性好等優點。

技術領域

本發明涉及一種再生冷卻通道內水油混合物流動與傳熱特性模擬裝置，屬于流動與傳熱特性模擬領域。

背景技術

超燃沖壓發動機再生冷卻通道內的煤油在吸收大量熱量后溫度逐漸升高，當溫度超過500℃時，煤油發生熱裂解。熱裂解能夠帶來提高燃料熱沉、增強混合效果、以及提高燃燒性能等諸多好處，但是隨之產生的結焦積碳現象會阻塞冷卻通道，影響發動機性能，威脅飛行安全。水蒸氣催化重整能夠在一定程度上緩解結焦積碳問題，且能夠有效增加燃料的吸熱能力。然而，由于煤油與水難以互溶，在實驗室條件下研究兩者混合物的流動與傳熱特性仍然面臨著極大的困難。

目前對于水油混合物的研究，主要在靜態容器中進行。通過在固定的容器同時或分批加入燃料和水，將其加壓加熱，以研究其混合后的產物特性。這種方式雖然簡單方便，但是與超燃沖壓發動機的實際工作狀態相距甚遠。而且再生冷卻通道內的燃料是在不斷流動的，以靜態的特性來說明動態的問題顯然也不夠合適。此外，盡管靜態容器內反應后的裂解產物便于分析處理，但靜態容器內難以研究壓降特性、熱聲不穩定特性和傳熱特性等常用特性。

也有少數研究者在煤油和水中加入一定比例的乳化劑后攪拌至乳化狀態，將其通入不銹鋼管路中以研究其流動和傳熱特性。然而乳化燃料保存時間非常有限，且乳化劑在冷卻通道內吸熱后的特性尚不明確，這極大的制約了其應用范圍。要實現在超燃沖壓發動機冷卻通道內添加水以降低結焦量的效果，預先的地面實驗必須將水和煤油分別供應才能更加接近于發動機的工作狀態，且要保證供應系統的穩定性。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種再生冷卻通道內水油混合物流動與傳熱特性模擬裝置，該裝置以恒定體積流量抽取水和煤油，將其混合加熱并對產物進行收集，用以可靠、穩定、便捷、長時間的模擬超燃沖壓發動機冷卻通道內煤油與水混合物的流動與傳熱特性。

本發明所采用的技術方案如下：

一種再生冷卻通道內水油混合物流動與傳熱特性模擬裝置，所述模擬裝置包括：水油供應系統、兩級加熱系統、冷卻回收系統、裂解產物采集系統、數據采集系統、高壓氣源；

所述水油供應系統包括兩組液體供應裝置，分別用于供應水和煤油；每套液體供應裝置由管道依次連接貯罐、過濾器、恒流泵和流量計，兩種液體經三通混合后流入兩級加熱系統；

所述兩級加熱系統包括用于預熱混合流體的預熱段和完成液體升溫的二級加熱段，兩段加熱管路均使用熱電偶進行加熱；

所述冷卻回收系統包括用于冷卻裂解產物的冷卻裝置和煤油回收裝置；

所述裂解產物采集系統包括氣液分離器、濕式氣體流量計、液體收集裝置和氣體收集裝置；

所述數據采集系統中計算機通過數據采集裝置連接位于兩個四通處的溫度傳感器和壓強傳感器，以及位于二級加熱段的壁溫傳感器，對流體的溫度、壓強和壁面的溫度進行采集分析，采集的數據于計算機中進行匯總；

所述高壓氣源中裝有氮氣的高壓氣瓶通過管路接入水油供應系統與兩級加熱系統之間，方便進行實驗后的吹除；

所述模擬裝置的各系統之間和各組件之間均使用管路相連，管路尺寸由具體試驗工況決定。