液體燃料的激波管外霧化預混和進氣新方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于液體燃料的激波管外霧化和預混進氣的新方法。在基于激波管的碳氫燃料燃燒特性實驗中，碳氫燃料與氧氣的充分預混以及將預混氣充入實驗段一直是個難題，尤其是對于液體燃料來說，如何形成粒徑分布均勻的氣溶膠是個必須解決的問題。本發明的思路是首先利用超聲波霧化器將液體燃料霧化，然后在混氣罐內利用風扇將霧化的液體燃料與氧氣和載氣充分攪拌均勻，形成氣溶膠，而后打開混氣罐與激波管實驗段之間的閘閥，將氣溶膠充入激波管實驗段，最后關閉閘閥，完成點火特性實驗。該方法可降低激波管實驗中液體燃料預混和進氣的難度，提高氣溶膠的均勻性，提高進氣系統的密封性能，避免進氣系統對激波管實驗段流場的干擾。
【專利說明】
液體燃料的激波管外霧化預混和進氣新方法
技術領域
[0001]本發明屬于燃燒實驗技術領域，是一種應用于激波管的液體燃料管外霧化和預混新方法。
【背景技術】
[0002]碳氫燃料來源廣泛，能量密度高，也是目前航空飛行器最廣泛使用的燃料。對于燃燒這一階段，需要經歷點火、火焰傳播以及火焰穩定這幾個重要過程，通過實驗技術手段測量碳氫燃料的點火延遲時間非常必要。
[0003]激波管是測量碳氫燃料點火延遲時間的一種重要實驗設備。其基本原理是利用正激波的入射和反射兩次壓縮實驗段氣體，產生高溫高壓區域用于碳氫燃料的點火。在該實驗研究中，如何將碳氫燃料與氧氣充分預混之后充入激波管實驗段是一個必須解決的難題。中國科學技術大學的徐勝利采用了一種結合超聲速噴嘴和活塞式的進氣方案(廖欽.煤油及其裂解產物自點火現象的初步實驗研究[D].安徽:中國科技大學，2009.)，其基本思想是利用超聲速剪切流將液體碳氫燃料霧化至混氣罐內，根據實驗需要的當量比在混氣罐內混合氧氣和載氣，最后利用活塞將預混氣體推入激波管實驗段，活塞端面可作為入射激波的反射端面。斯坦福大學的Hanson研究組(Davidson D F ,Hanson R K.FundamentalKinetics Database Utilizing Shock Tube Measurements[Z].Mechanical EngineeringDepartment,Stanford University,Stanford,CA,2009)則利用了超聲波霧化器將液體碳氫燃料霧化，進氣的過程也采用了活塞的方法。
[0004]基于活塞的管外預混進氣存在的主要問題是:
[0005](I)活塞前進和后退速度較慢，降低實驗效率。
[0006](2)活塞內部結構復雜，密封圈在活塞運動過程中磨損較高，易老化，影響密封性會K。
[0007](3)活塞端面與激波管反射端面之間存在縫隙或者臺階，影響反射波特性。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是設計一種應用于激波管實驗的液體燃料預混與進氣新方法。降低了目前激波管液體燃料預混與進氣的復雜程度，解決了激波管反射端面容易產生干擾波的問題，可適用于多種液態和氣態碳氫燃料的實驗工況，具有較強的通用性，提升了我國激波管研制的技術和工程應用能力，更加便于測量碳氫燃料點火燃燒特性，推進了碳氫燃料點火延遲時間數據庫的建設。
[0009]液體燃料的激波管外霧化預混和進氣新方法，綜合運用了超聲波霧化器、風扇和丨同閥，其基本步驟是:
[0010](I)利用閘閥將激波管實驗段和混氣罐隔離；(2)按照實驗所需要的液體燃料種類和用量，利用超聲波霧化器將液體燃料霧化后充入混氣罐；(3)利用混氣罐內的風扇將霧化燃料、氧氣和載氣充分攪拌混合形成均勻的氣溶膠；(4)打開閘閥，利用風扇或壓差將氣溶膠充入激波管實驗段;(5)關閉閘閥，完成激波管內的點火燃燒特性實驗。
[0011]本發明的優勢是:
[0012](I)閘閥既隔開了激波管實驗段和混氣罐，又可以作為激波管內入射激波的反射端面，密封性能強，且避免了干擾波的產生。
[0013](2)該方法可適用于多種液體燃料和氣體燃料的激波管外預混和進氣，可用于不同尺寸、不同類型的激波管，兼容性強。
[0014](3)降低了激波管外預混和進氣的實驗操作復雜程度，提高了實驗效率。
【附圖說明】
[0015]圖1為閘閥的結構；
[0016]圖2為混氣罐的結構；
[0017]圖3為閘閥與激波管和混氣罐管的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0018]該方法的實施過程主要包括設備安裝、燃料的霧化和預混、進氣等。
[0019]設備安裝過程:通過過渡法蘭(6)，將閘閥(4)安裝在混氣罐(2)和激波管實驗段
(5)之間，保證各個部件和系統整體的密封性能達到實驗要求，關閉閘閥；
[0020]燃料的霧化和預混過程:首先將液態燃料注入燃料罐內，利用超聲波霧化器(I)將其霧化，霧化的液體量由實驗需要的當量比和氣溶膠的量決定。然后向混氣罐內充入氧氣和載氣，利用電機帶動風扇轉子，充分攪拌罐內氣體形成氣溶膠。氣溶膠的粒徑分布通過預留在混氣罐上的測量孔(7)進行測量。
[0021]進氣過程:打開閘閥，通過混氣罐(2)與激波管間的壓力差或風扇將氣溶膠充入激波管實驗段(5)。關閉閘閥，完成點火燃燒實驗。
【主權項】
1.用于激波管的液體燃料管外預混和進氣新方法，其特征在于: 該發明是一種將超聲波霧化器、風扇和閘閥相結合的新型液體燃料激波管外預混和進氣的方法:首先利用閘閥將激波管實驗段和混氣罐隔離，利用超聲波霧化器將液體燃料霧化后充入混氣罐;然后利用混氣罐內的風扇將霧化燃料、氧氣和載氣充分攪拌混合形成均勻的氣溶膠，打開閘閥將氣溶膠充入激波管實驗段;最后關閉閘閥，閘閥既隔開了激波管實驗段和混氣罐，又可以作為激波管內入射激波的反射端面。該方法可適用于多種液體燃料和氣體燃料的激波管外預混和進氣。
【文檔編號】F23D11/40GK105953226SQ201610340980
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】王殿愷, 洪延姬, 趙文濤, 徐慶堯, 李蘭, 李倩
【申請人】中國人民解放軍裝備學院