CN105953226A - 液体燃料的激波管外雾化预混和进气新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于液体燃料的激波管外雾化和预混进气的新方法。在基于激波管的碳氢燃料燃烧特性实验中，碳氢燃料与氧气的充分预混以及将预混气充入实验段一直是个难题，尤其是对于液体燃料来说，如何形成粒径分布均匀的气溶胶是个必须解决的问题。本发明的思路是首先利用超声波雾化器将液体燃料雾化，然后在混气罐内利用风扇将雾化的液体燃料与氧气和载气充分搅拌均匀，形成气溶胶，而后打开混气罐与激波管实验段之间的闸阀，将气溶胶充入激波管实验段，最后关闭闸阀，完成点火特性实验。该方法可降低激波管实验中液体燃料预混和进气的难度，提高气溶胶的均匀性，提高进气系统的密封性能，避免进气系统对激波管实验段流场的干扰。

Description

液体燃料的激波管外雾化预混和进气新方法
技术领域
本发明属于燃烧实验技术领域，是一种应用于激波管的液体燃料管外雾化和预混新方法。
背景技术
碳氢燃料来源广泛，能量密度高，也是目前航空飞行器最广泛使用的燃料。对于燃烧这一阶段，需要经历点火、火焰传播以及火焰稳定这几个重要过程，通过实验技术手段测量碳氢燃料的点火延迟时间非常必要。
激波管是测量碳氢燃料点火延迟时间的一种重要实验设备。其基本原理是利用正激波的入射和反射两次压缩实验段气体，产生高温高压区域用于碳氢燃料的点火。在该实验研究中，如何将碳氢燃料与氧气充分预混之后充入激波管实验段是一个必须解决的难题。中国科学技术大学的徐胜利采用了一种结合超声速喷嘴和活塞式的进气方案(廖钦.煤油及其裂解产物自点火现象的初步实验研究[D].安徽:中国科技大学,2009.)，其基本思想是利用超声速剪切流将液体碳氢燃料雾化至混气罐内，根据实验需要的当量比在混气罐内混合氧气和载气，最后利用活塞将预混气体推入激波管实验段，活塞端面可作为入射激波的反射端面。斯坦福大学的Hanson研究组(Davidson D F,Hanson R K.Fundamental Kinetics Database Utilizing ShockTube Measurements[Z].Mechanical Engineering Department,StanfordUniversity,Stanford,CA,2009)则利用了超声波雾化器将液体碳氢燃料雾化，进气的过程也采用了活塞的方法。
基于活塞的管外预混进气存在的主要问题是：
(1)活塞前进和后退速度较慢，降低实验效率。
(2)活塞内部结构复杂，密封圈在活塞运动过程中磨损较高，易老化，影响密封性能。
(3)活塞端面与激波管反射端面之间存在缝隙或者台阶，影响反射波特性。
发明内容
本发明的目的是设计一种应用于激波管实验的液体燃料预混与进气新方法。降低了目前激波管液体燃料预混与进气的复杂程度，解决了激波管反射端面容易产生干扰波的问题，可适用于多种液态和气态碳氢燃料的实验工况，具有较强的通用性，提升了我国激波管研制的技术和工程应用能力，更加便于测量碳氢燃料点火燃烧特性，推进了碳氢燃料点火延迟时间数据库的建设。
液体燃料的激波管外雾化预混和进气新方法，综合运用了超声波雾化器、风扇和闸阀，其基本步骤是：
(1)利用闸阀将激波管实验段和混气罐隔离；(2)按照实验所需要的液体燃料种类和用量，利用超声波雾化器将液体燃料雾化后充入混气罐；(3)利用混气罐内的风扇将雾化燃料、氧气和载气充分搅拌混合形成均匀的气溶胶；(4)打开闸阀，利用风扇或压差将气溶胶充入激波管实验段；(5)关闭闸阀，完成激波管内的点火燃烧特性实验。
本发明的优势是：
(1)闸阀既隔开了激波管实验段和混气罐，又可以作为激波管内入射激波的反射端面，密封性能强，且避免了干扰波的产生。
(2)该方法可适用于多种液体燃料和气体燃料的激波管外预混和进气，可用于不同尺寸、不同类型的激波管，兼容性强。
(3)降低了激波管外预混和进气的实验操作复杂程度，提高了实验效率。
附图说明
图1为闸阀的结构；
图2为混气罐的结构；
图3为闸阀与激波管和混气罐管的连接示意图。
具体实施方式
该方法的实施过程主要包括设备安装、燃料的雾化和预混、进气等。
设备安装过程：通过过渡法兰(6)，将闸阀(4)安装在混气罐(2)和激波管实验段(5)之间，保证各个部件和系统整体的密封性能达到实验要求，关闭闸阀；
燃料的雾化和预混过程：首先将液态燃料注入燃料罐内，利用超声波雾化器(1)将其雾化，雾化的液体量由实验需要的当量比和气溶胶的量决定。然后向混气罐内充入氧气和载气，利用电机带动风扇转子，充分搅拌罐内气体形成气溶胶。气溶胶的粒径分布通过预留在混气罐上的测量孔(7)进行测量。
进气过程：打开闸阀，通过混气罐(2)与激波管间的压力差或风扇将气溶胶充入激波管实验段(5)。关闭闸阀，完成点火燃烧实验。

Claims (1)

1.用于激波管的液体燃料管外预混和进气新方法，其特征在于：
该发明是一种将超声波雾化器、风扇和闸阀相结合的新型液体燃料激波管外预混和进气的方法：首先利用闸阀将激波管实验段和混气罐隔离，利用超声波雾化器将液体燃料雾化后充入混气罐；然后利用混气罐内的风扇将雾化燃料、氧气和载气充分搅拌混合形成均匀的气溶胶，打开闸阀将气溶胶充入激波管实验段；最后关闭闸阀，闸阀既隔开了激波管实验段和混气罐，又可以作为激波管内入射激波的反射端面。该方法可适用于多种液体燃料和气体燃料的激波管外预混和进气。
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