[發明專利]一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置

在審

• 申請號: 202211082666.7
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115406923A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 周偉星;趙旭東;韓之雄
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02;G01N33/22;G01N21/84
• 代理公司: 哈爾濱奧博專利代理事務所(普通合伙) 23220
• 代理人: 葉以方

本發明涉及一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置，屬于碳氫燃料氧化結焦的能源及材料化學領域，包括實驗腔體、兩個高速相機、實驗基底、兩個調節機構和兩個加熱電極；實驗腔體設置在水平調節平臺上表面的中部，兩個所述調節機構呈直角設置在水平調節平臺的上表面，每個所述調節機構上均安裝一個高速相機，且高速相機的鏡頭朝向實驗腔體，實驗基底的中部插裝在實驗腔體內，兩個加熱電極分別安裝在實驗基底的兩端，本裝置可以通過控制高溫加熱系統來滿足裝置對不同加熱溫度、加熱壓力、燃料組分進行實驗的要求。

技術領域

本發明涉及一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置，屬于碳氫燃料氧化結焦的能源及材料化學領域。

背景技術

在航空發動機中，燃料既要作為推進劑燃燒做功，又要作為冷卻劑對燃燒室提供主動冷卻。為解決其推進和冷卻問題，提出了利用吸熱型碳氫燃料作為冷卻劑的主動冷卻方法。吸熱型碳氫燃料主要由烷烴類組成，除了其本身存在物理熱沉，在燃料轉變為氣相時還會發生裂解反應吸收熱量，大幅度增強冷卻能力。當碳氫燃料處于高溫環境或存在溶解氧時會發生氧化反應，導致不溶物產生，這些不溶物沉積后就形成結焦。這種在高溫通道內或壁面上結焦以及焦炭顆粒的積聚和沉積問題是目前航空發動機冷卻技術發展需要克服的主要難題。

碳氫燃料的結焦過程較為復雜，除了燃料從液態轉變為氣態的相態變化外，還伴隨著化學反應、傳熱傳質等過程。由于現階段對碳氫燃料結焦過程的研究大多針對管道內部的穩態過程，而缺少合適的原位觀測系統對整個過程進行可視化動態研究，所以設計出能夠分析加熱條件下的燃油結焦變化情況，對于抑制或延遲結焦方法的研究有著十分重要的意義。

發明內容

本發明為解決目前設備無法可視化觀測碳氫燃料液滴在加熱平板上氧化結焦過程的問題，進而提出一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明包括水平調節平臺，水平調節平臺是水平設置的矩形板體；所述一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置還包括實驗腔體、兩個高速相機、實驗基底、兩個調節機構和兩個加熱電極；實驗腔體設置在水平調節平臺上表面的中部，兩個所述調節機構呈直角設置在水平調節平臺的上表面，每個所述調節機構上均安裝一個高速相機，且高速相機的鏡頭朝向實驗腔體，實驗基底的中部插裝在實驗腔體內，兩個加熱電極分別安裝在實驗基底的兩端。

進一步的，所述一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置還包括電極連接螺栓，加熱電極通過電極連接螺栓與實驗基底的端部可拆卸連接。

進一步的，所述調節機構包括導軌滑塊和電動絲杠，導軌滑塊滑動連接在水平調節平臺的一端內，電動絲杠轉動連接在水平調節平臺上，并與導軌滑塊螺紋連接。

進一步的，所述一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置還包括高溫固定螺栓、實驗腔外壁、實驗腔側壁和基底放置孔，實驗腔外壁設置在水平調節平臺上表面的中部，實驗腔側壁通過高溫固定螺栓與實驗腔外壁可拆卸連接，基底放置孔設置在實驗腔側壁上，且與實驗基底插接，實驗腔外壁與實驗腔側壁組合成實驗腔體。

進一步的，所述一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置還包括燃油注入孔；燃油注入孔設置在實驗腔外壁上。

進一步的，所述一種研究碳氫燃料液滴在高溫壁面結焦的動態可視化觀測實驗裝置還包括測溫孔和觀測視窗；測溫孔設置在實驗腔側壁上，觀測視窗設置在實驗腔側壁上。

進一步的，所述實驗腔外壁采用45°傾斜補光結構。

本發明的有益效果是：利用高溫加熱系統將連接的實驗基底的上端面進行加熱，并將碳氫燃料液滴滴在實驗基底上，利用攝像系統對碳氫燃料液蒸發和氧化結焦的反應過程進行記錄，同時可觀測金屬元素對氧化結焦反應的催化情況，并通過控制高溫加熱系統來滿足裝置對不同加熱溫度、加熱壓力、燃料組分進行實驗的要求。