CN108519226B - 具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置 - Google Patents
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Abstract
具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，属于喷嘴结焦的电场应用技术领域。本发明是为了解决现有试验装置不能对喷嘴积碳与电场的关系进行研究，从而无法提供利用电场来抑制除焦的指导的问题。它可用于在一定的温度压力下测试不同工况喷嘴的结焦特性及电场对结焦特性的影响，通过视窗结构可实现在线光学技术诊断，并能通过产物提取器进行产物的有效提取及保存。本发明用于电场情况下的喷嘴结焦试验。
Description
技术领域
本发明涉及具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，属于喷嘴结焦的电场应用技术领域。
背景技术
喷嘴积碳是世界性的技术难题，其困难之处不仅在于形成机理复杂，其工况也极其多变，且多场耦合也决定了它的复杂性。喷嘴积碳的危害是非常大的，不仅容易造成喷嘴流量、压力变化，而且造成燃烧不均，雾化不匀，沉积及冒烟等状况，因此需要格外关注。目前的试验设备工况单一，条件简陋，不能较为科学的反应喷嘴积碳的问题，更无法探索何抑制除焦。
发明内容
本发明目的是为了解决现有试验装置不能对喷嘴积碳与电场的关系进行研究，从而无法提供利用电场来抑制除焦的指导的问题，提供了一种具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置。
本发明所述具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，它包括进气部、接触式传感器连接通讯口、石英视窗压板、石英片、传感器通讯口、尾喷管、喷嘴进气管、喷嘴进油管、试验喷嘴、电极板、实验反应台、产物提取器、底座以及腔体，
所述腔体的框架外轮廓呈正八棱柱状，其中相间隔的四个棱柱面上分别开视窗，四个视窗外表面覆盖石英片，并通过石英视窗压板压紧固定；腔体的框架上设置至少一个接触式传感器连接通讯口和至少一个传感器通讯口；
腔体的入口端设置喷嘴进气管和喷嘴进油管，喷嘴进气管和喷嘴进油管的出口同时连接试验喷嘴；试验喷嘴的喷口与产物提取器由腔体外伸入的管路提取口位置相对应；试验喷嘴的出口与实验反应台正对，实验反应台处于腔体的出口端，并设置于腔体内底座的外边框上，底座的两侧相对设置一对电极板，并且电极板处于试验喷嘴与实验反应台之间；
腔体的入口端连接进气部，腔体的出口端连接尾喷管。
本发明的优点：本发明提供了一种抑制碳氢燃料喷嘴结焦的电场应用试验技术，它可用于在一定的温度压力下测试不同工况喷嘴的结焦特性及电场对结焦特性的影响，通过视窗结构可实现在线光学技术诊断，并能通过产物提取器进行产物的有效提取及保存。改变电极板及实验反应台的相对位置关系，可在不同电场形式及强度的情况下，对喷嘴喷雾、雾化、结焦等方面的特征进行研究。
本发明基于学科交叉优势，利用电场能抑制结焦、除焦的优势，提供了一种具有宽范围变工况的试验条件及多种探测诊断手段的试验装置，有利于进一步改善喷嘴的性能。并且本发明装置结构简单，零部件更换方便，且工艺上容易实现。
附图说明
图1是本发明所述具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置的三维结构示意图；
图2是本发明所述具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置的剖视示意图；
图3是图2的仿真示意图；
图4是底座的结构示意图；
图5是产物提取器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明：
结合图1至图5所示，本发明所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，它包括进气部1、接触式传感器连接通讯口2、石英视窗压板3、石英片4、传感器通讯口5、尾喷管6、喷嘴进气管7、喷嘴进油管8、试验喷嘴9、电极板10、实验反应台11、产物提取器12、底座13以及腔体14，
所述腔体14的框架外轮廓呈正八棱柱状，其中相间隔的四个棱柱面上分别开视窗，四个视窗外表面覆盖石英片4，并通过石英视窗压板3压紧固定；腔体14的框架上设置至少一个接触式传感器连接通讯口2和至少一个传感器通讯口5；
腔体14的入口端设置喷嘴进气管7和喷嘴进油管8，喷嘴进气管7和喷嘴进油管8的出口同时连接试验喷嘴9，试验喷嘴9与管路可采用螺纹连接；喷嘴进气管7通入氧化剂或稀释剂，喷嘴进油管8通入碳氢燃料混合物或单质烃，因此可以对多种喷嘴燃料及不同的工况进行实验；试验喷嘴9的喷口与产物提取器12由腔体14外伸入的管路提取口位置相对应；试验喷嘴9的出口与实验反应台11正对，实验反应台11处于腔体14的出口端，并设置于腔体14内底座13的外边框上，底座13的两侧相对设置一对电极板10，并且电极板10处于试验喷嘴9与实验反应台11之间；
腔体14的入口端连接进气部1，腔体14的出口端连接尾喷管6。所述进气部1、腔体14及尾喷管6形成一连通的空腔。
本公开中，石英片4在正八棱柱状的腔体14外表面两两平行设置，腔体14内可为正压、负压及大气压三种情况。所述的石英视窗压板3可通过螺栓将石英片4连接于腔体14的主体上。腔体14上具有两对平行的光学设备探测窗口，在不开窗口的腔体14外壁上可以安装传感器等设备，有利于对空间的合理利用，实现更多的功能。适用于CCD高速摄像机、红外热像仪、颗粒物以及活性基或官能团等产物分布、PIV等光学诊断测试设备的在线测量。
所述石英片4与视窗之间通过石墨填充垫密封。石墨填充垫可为柔性石墨料制成，其形状可与石英视窗压板3的形状相同，例如呈长方形边框结构。
如图4所示，所述底座13的两侧边缘设置滑槽，电极板10设置于滑槽内，电极板10可在滑槽内滑动和/或转动；实验反应台11在底座13的外边框上可滑动和/或转动。所述电极板10和实验反应台11与底座13可采用可拆卸连接结构，电极板10可为陶瓷材料制成。图4中箭头为电极板10可移动或旋转的方向。
所述实验反应台11包括三个组合层，靠近试验喷嘴9侧为陶瓷层，陶瓷层可拆卸，并且表面可以贴附不同的金属薄膜，中间为加热板层，远离试验喷嘴9一侧为电极层。其中加热板层可以提供不同温度的加热，这样，在实验反应台11上实现了加热及电极的结合，可探测喷嘴特性、雾化情况及喷射液滴的壁面反应试验，同时可以提供与喷射方向平行方向的电场。
如图5所示，所述产物提取器12伸入腔体14内的管路为毛细冷却管12-1，毛细冷却管12-1的吸入口为钝化喷涂吸入口12-2。所述毛细冷却管12-1可以穿过预设管路由进气部1伸入腔体14；预设管路可以是与喷嘴进气管7和喷嘴进油管8相并行设置的管路。
如图5所示，产物提取器12的腔体分成多段并通过螺栓连接，每一段的入口端设置颗粒捕捉探网12-3，颗粒捕捉探网12-3为细丝交错结构。
所述产物提取器12的主体处于腔体14外侧，毛细冷却管12-1的吸入口可以做钝化喷涂处理，产物提取器12的出口再接负压气液分离器。这样可以同时提取并保存气液固三态产物，同时颗粒捕捉探网的更换方便，适用性提高。
进一步地，本发明还包括温度传感器，温度传感器焊接于实验喷嘴9上或悬浮于腔体14内，温度传感器通过传感器通讯口5传递信号。
所述的传感器通讯口5可以包括温度和压力传感器通讯口，实验喷嘴9的流量、压力及温度参数可通过传感器通讯口5由外设提供。
所述电极板10上可以贴附板式或条式金属电极片，或者点式电极。电极板10产生的电场可以是直流电产生的稳定电场、交变或其他规则与不规则电场，试验能力强且更换拆装方便。
所述接触式传感器连接通讯口2用于为接触式外设提供通讯口。接触式传感器连接通讯口2与腔体14可通过法兰连接，为电场场强探测器、孔探仪等深入或接触设备提供通讯口。适用于多种设备同时在线测量。
工作原理：
电场对抑制结焦、除焦具有巨大的优势，电场具有连续可调且调节方便的特性，同时电场对于带电物质具有导向作用，由于其同相电荷相斥异相电荷相吸的特性，可以减少大颗粒固态或液态物质的聚集作用，电场也具有改变化学反应路径及组分分布的作用。也就是说电场不只可以改变喷嘴工作的物理环境，还能改变其化学过程，使其趋向于减少结焦。
电场的形式及分布与电极的分布及结构有关，电极可以为针式、板式或直线式等形式，电场的形成与电极板间的距离、大小相关，也与施加于电极板上的电压大小及形式有关；电压可以为静电、交变、脉冲等多种形式。因此通过改变电极板及施加于电极板上的电压可以产生不同形式及强度的电场。由于电场能够改变碳氢化合物裂解、氧化及结焦的化学过程，因此，通过不同的电场强度及形式，可以控制喷嘴的化学反应向减少焦体形成的方向反应，从而可以抑制喷嘴结焦的过程，电场也可以同时改变喷嘴的喷雾雾化特性。
工作过程：
1)根据实验的要求，连接试验喷嘴9，测试喷嘴的密闭性，检测产物提取器12的功能，如测试毛细冷却管12-1是否堵塞；
2)根据电场的形式，制作电极板10的电极形式，如制作成条式的红铜电极片，黏贴至电极板10上。通过滑动和转动滑槽调节电极板10的位置及角度，设置特定的电场形式，固定电极板。也可根据实验的要求调节试验反应台11，可调节电极形式及加热板层的功率。
3)通过进气部1通入纯氮气清洁反应腔及置换腔内空气。多次置换后，根据实验要求调节腔体14内的压力至试验工况及填充气种类。
4)通过传感器通讯口5调试测控系统，透过石英片4测试光学在线诊断设备，通过喷嘴进气管7及喷嘴进油管8调节试验喷嘴9的进气进油，包括喷嘴内稀释混合气等的压力和温度。通过与尾喷管6连接的外围设备控制出气量。
5)在不同的电场形式及强度下研究喷嘴的结焦特性，可以观察到不同的电场可以控制结焦的不同进程，观察多场分布、探测产物分布及种类，建立反应机理，也可以研究电场调控的不同阶段的试验现象及调控机制，通过优化可以获得电场抑制喷嘴结焦的工程方法。
上述实施例是为了清楚的说明本发明技术方案的举例，并非是对本发明的限制，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上可以做出其他形式的变化或改动，这里无法穷举，凡是在本发明精神及原则之内所做的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围内。
Claims (9)
1.一种具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，它包括进气部(1)、接触式传感器连接通讯口(2)、石英视窗压板(3)、石英片(4)、传感器通讯口(5)、尾喷管(6)、喷嘴进气管(7)、喷嘴进油管(8)、试验喷嘴(9)、电极板(10)、实验反应台(11)、产物提取器(12)、底座(13)以及腔体(14)，
所述腔体(14)的框架外轮廓呈正八棱柱状，其中相间隔的四个棱柱面上分别开视窗，四个视窗外表面覆盖石英片(4)，并通过石英视窗压板(3)压紧固定；腔体(14)的框架上设置至少一个接触式传感器连接通讯口(2)和至少一个传感器通讯口(5)；
腔体(14)的入口端设置喷嘴进气管(7)和喷嘴进油管(8)，喷嘴进气管(7)和喷嘴进油管(8)的出口同时连接试验喷嘴(9)；试验喷嘴(9)的喷口与产物提取器(12)由腔体(14)外伸入的管路提取口位置相对应；试验喷嘴(9)的出口与实验反应台(11)正对，实验反应台(11)处于腔体(14)的出口端，并设置于腔体(14)内底座(13)的外边框上，底座(13)的两侧相对设置一对电极板(10)，并且电极板(10)处于试验喷嘴(9)与实验反应台(11)之间；
腔体(14)的入口端连接进气部(1)，腔体(14)的出口端连接尾喷管(6)。
2.根据权利要求1所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，所述石英片(4)与视窗之间通过石墨填充垫密封。
3.根据权利要求1或2所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，
所述底座(13)的两侧边缘设置滑槽，电极板(10)设置于滑槽内，电极板(10)可在滑槽内滑动和/或转动；实验反应台(11)在底座(13)的外边框上可滑动和/或转动。
4.根据权利要求1或2所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，所述实验反应台(11)包括三个组合层，靠近试验喷嘴(9)侧为陶瓷层，中间为加热板层，远离试验喷嘴(9)侧为电极层。
5.根据权利要求1或2所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，所述产物提取器(12)伸入腔体(14)内的管路为毛细冷却管(12-1)，毛细冷却管(12-1)的吸入口为钝化喷涂吸入口(12-2)。
6.根据权利要求5所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，
产物提取器(12)的腔体分成多段并通过螺栓连接，每一段的入口端设置颗粒捕捉探网(12-3)，颗粒捕捉探网(12-3)为细丝交错结构。
7.根据权利要求1或2所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，还包括温度传感器，温度传感器焊接于实验喷嘴(9)上或悬浮于腔体(14)内，温度传感器通过传感器通讯口(5)传递信号。
8.根据权利要求1或2所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，
所述电极板(10)上贴附板式或条式金属电极片，或者点式电极。
9.根据权利要求1或2所述的具有可调式电场的喷嘴结焦可视化试验装置，其特征在于，
所述接触式传感器连接通讯口(2)用于为接触式外设提供通讯口。
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2018
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