CN207649906U - 一种燃油加热器及横向射流雾化实验系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种燃油加热器及横向射流雾化实验系统，其中，燃油加热器包括：罐体，所述罐体的底部设置有喷油孔，所述罐体的顶部敞口；密封顶盖，密封连接于所述罐体的顶部敞口处，所述密封顶盖上设置有用于向所述罐体内加注燃油和加压的加注口；绝热材料层，设置于所述罐体的内壁上；加热电阻丝，设置于所述罐体内，且所述绝热材料层位于所述罐体的内壁和所述加热电阻丝之间。燃油通过加注口加注到罐体中，工作时，通过加注口向罐体中加压，通过加热电阻丝对燃油进行加热，能够将燃油从常温加热至亚临界温度，加热后的燃油通过喷油孔排向横向射流雾化装置中，实现了在高温条件下进行横向射流雾化实验。

Description

一种燃油加热器及横向射流雾化实验系统

技术领域

本实用新型涉及航空发动机喷雾技术领域，特别涉及一种燃油加热器。还涉及一种包含该燃油加热器的横向射流雾化实验系统。

背景技术

航空发动机的研究对于国家的军事实力和经济实力都有着重要的意义，在对于航空发动机的研究中，燃油的供给方式一直是备受重视的课题。目前公认较为高效经济的燃油供给方式为通过横向射流的方法向燃烧室中喷射燃油，此方法相较于其他方法，可以大幅度提高燃油的雾化效率从而改善燃烧性能。

长期以来，人们在研究航空发动机中横向射流时使用了各种手段来改善横向射流的雾化效果，例如改变喷雾场的几何结构，向其中增加凹腔、支板等结构以增加扰动，或增加其他射流，不同射流之间形成相互作用以改善喷雾场雾化效果。从对这些技术的研究中，我们也可以发现，除了对喷雾场固有结构进行改进外，喷射燃油的自身参数、状态等也对改善航空发动机内横向射流喷雾场有重要影响。

目前，对于航空发动机内燃油横向射流特性的研究主要集中在常温下，通过改善喷射压力以及燃油和横向气流之间的动量通量比来测量和观察喷射燃油的射流参数和破碎现象的变化。然而，在真实的航空发动机燃烧室内，燃油温度为高温，甚至能够达到超临界温度。

综上所述，如何解决现有横向射流雾化实验不符合实际工况的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种燃油加热器，以对燃油进行加热，符合实际实验工况。

本实用新型的另一个目的在于提供一种包含该燃油加热器的横向射流雾化实验系统，以在高温条件下进行横向射流雾化实验。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种燃油加热器，包括：

罐体，所述罐体的底部设置有喷油孔，所述罐体的顶部敞口；

密封顶盖，密封连接于所述罐体的顶部敞口处，所述密封顶盖上设置有用于向所述罐体内加注燃油和加压的加注口；

绝热材料层，设置于所述罐体的内壁上；

加热电阻丝，设置于所述罐体内，且所述绝热材料层位于所述罐体的内壁和所述加热电阻丝之间。

优选地，在上述的燃油加热器中，所述罐体的底部还设置有用于向所述罐体内通入燃油燃烧废气的废气进气阀，所述密封顶盖上还设置有用于排出燃油燃烧废气的废气排气阀。

优选地，在上述的燃油加热器中，所述密封顶盖与所述罐体可拆卸连接。

优选地，在上述的燃油加热器中，所述密封顶盖与所述罐体之间通过密封垫圈密封连接。

优选地，在上述的燃油加热器中，所述密封顶盖的底面设置有用于嵌入所述密封垫圈的密封环槽。

本申请还提供了一种横向射流雾化实验系统，包括横向射流雾化装置、光学探测装置、信号采集装置、信号处理装置和加压装置，还包括如以上任一项所述的燃油加热器，所述燃油加热器的喷油孔与所述横向射流雾化装置的喷油器连通，用于向所述横向射流雾化装置中喷射燃油，所述加压装置通过所述燃油加热器的加注口向所述燃油加热器的罐体中加压。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，还包括设置于所述燃油加热器和所述横向射流雾化装置之间的二级加热器。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，所述二级加热器为盐浴加热器。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，所述横向射流雾化装置包括：

环形罐体，所述喷油器设置于所述环形罐体中，所述环形罐体的对应所述喷油器的喷口位置设置透明观察窗；

排气通道，与所述环形罐体连通；

进气通道，与所述环形罐体连通，用于通入气体；

送气部件，与所述进气通道连通。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，还包括燃油废气供给装置，所述燃油废气供给装置的废气出口与所述环形罐体连通。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，还包括设置于所述环形罐体上的温度计和压力计。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，所述加压装置包括：

高压氮气瓶，通过加压管路与所述加注口连通；

稳压器，所述稳压器的两端通过稳压管路分别与所述加压管路连通；

稳压阀，设置在所述稳压管路上；

加压控制阀，设置在所述加压管路上，至少一个所述加压控制阀与所述稳压阀并联。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，还包括设置于所述燃油加热器上的第二压力计和第二温度计。

优选地，在上述的横向射流雾化实验系统中，还包括设置于所述燃油加热器的密封顶盖上的安全阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的燃油加热器中，密封顶盖密封连接于罐体的顶部敞口处，密封顶盖上设置有加注口，罐体内设置有加热电阻丝和绝热材料层。燃油通过加注口加注到罐体中，工作时，通过加注口向罐体中加压，通过加热电阻丝对燃油进行加热，能够将燃油从常温加热至亚临界温度，加热后的燃油通过喷油孔排向横向射流雾化装置中，实现了在高温条件下进行横向射流雾化实验。

本实用新型提供的横向射流雾化实验系统采用了本申请中的燃油加热器，因此，实现了在高温条件下进行横向射流雾化实验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种燃油加热器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种燃油加热器的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种横向射流雾化实验系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种横向射流雾化装置的结构示意图。

其中，1为废气排气阀、2为加注口、3为密封顶盖、4为绝热材料层、5为密封垫圈、6为加热电阻丝、7为罐体、8为废气进气阀、9为喷油孔、10为压力计安装孔；

01为燃油废气供给装置、02为环形罐体、03为透明观察窗、04为排气通道、05为二级加热器、06为燃油加热器、07为稳压阀、08为稳压器、09为稳压管路、010为高压氮气瓶、011为加压管路、012为加压控制阀、013为控制器、014为信号处理装置、015为光学探测装置、016为喷油器、017为进气通道、018为送气部件、019为压力计、020为温度计。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种燃油加热器，能够对燃油进行加热，满足实际实验工况。

本实用新型还提供了一种包含该燃油加热器的横向射流雾化实验系统，实现了在高温条件下进行横向射流雾化实验。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1和图2，本实用新型实施例提供了一种燃油加热器06，包括罐体7、密封顶盖3、绝热材料层4和加热电阻丝6；其中，罐体7的底部设置有喷油孔9，喷油孔9用于与输油管路连接，罐体7的顶部敞口，罐体7优选采用不锈钢圆管和圆底封头焊接而成，圆底封头的承压能力更强；密封顶盖3密封连接于罐体7的顶部敞口处，密封顶盖3上设置有用于向罐体7内加注燃油和加压的加注口2，即加注口2具有两个作用，在加热前，用于将燃油加入到罐体7内，加热过程中，用于向罐体7内加压；加注口2优选设置在罐体7的中心位置。绝热材料层4设置于罐体7的内壁上；加热电阻丝6设置于罐体7内，且绝热材料层4位于罐体7的内壁和加热电阻丝6之间，通过绝热材料层4进行隔热和保温。

该燃油加热器06的工作原理和工作过程为：燃油通过加注口2加注到罐体7中，工作过程中，通过加注口2向罐体7中加压，通过加热电阻丝6对燃油进行加热，能够将燃油从常温加热至亚临界温度，加热后的燃油通过喷油孔9排向横向射流雾化装置中，实现了在高温条件下进行横向射流雾化实验，更加符合航空发动机的真实工况。

在真实的航空发动机中，除了开始阶段的主燃室，其后的加力燃烧室等往往有着前部燃烧废气的存在，而燃油燃烧后的废气对于燃油的横向射流特性以及随后的燃烧特性都有着极大的影响。除此以外，在各类发动机的燃油直喷中，往往存在废气循环现象，而废气循环对燃油的喷雾特性有着极大的影响。为了更加真实地模拟该工况，在本实施例中，罐体7的底部还设置有用于向罐体7内通入燃油燃烧废气的废气进气阀8，密封顶盖3上还设置有用于排出未融进燃油内的燃油燃烧废气的废气排气阀1。通过增加废气进气阀8和废气排气阀1可以将燃油燃烧废气通入燃油加热器06中，使燃油燃烧废气融入燃油中，模拟真实的工况。

进一步地，在本实施例中，废气进气阀8的轴线与罐体7中心线呈一定夹角，优选为20°～30°，更优选为24°，用于向罐体7中压入燃油燃烧废气。

在本实施例中，密封顶盖3与罐体7可拆卸连接，具体地，密封顶盖3和罐体7采用法兰螺栓连接，方便拆装。当然，密封顶盖3与罐体7还可以通过螺纹密封连接。

进一步地，在本实施例中，密封顶盖3与罐体7之间通过密封垫圈5密封连接，通过设置密封垫圈5提高密封顶盖3与罐体7之间的密封性能。密封顶盖3的底面设置有用于嵌入密封垫圈5的密封环槽，从而使密封垫圈5固定更加牢固。当然，密封环槽还可以设置在罐体7的顶部，只要能够嵌入密封垫圈5即可。

更进一步地，在本实施例中，密封环槽的横截面为梯形截面，密封环槽的外端大，内端小，能够进一步将密封垫圈5固定牢固。当然，密封环槽的横截面还可以为矩形、三角形、半圆形等。

在本实施例中，罐体7的壁厚大于等于10mm，罐体7的外径为100mm左右，内径为80mm左右，能够承受压力为16MPa左右。

如图3和图4所示，基于以上任一实施例所描述的燃油加热器06，本实用新型实施例还提供了一种横向射流雾化实验系统，包括横向射流雾化装置、光学探测装置015、信号采集装置、信号处理装置014、控制器013和加压装置，还包括如以上任一项所描述的燃油加热器06，燃油加热器06的喷油孔9与横向射流雾化装置的喷油器016连通，用于向横向射流雾化装置中喷射燃油，加压装置通过燃油加热器06的加注口2向燃油加热器06的罐体7中加压。

该横向射流雾化实验系统的工作原理和工作过程为：燃油经过燃油加热器06加热后，通过喷油器016喷入横向射流雾化装置中，模拟了燃油在高温条件下的横向射流雾化实验。

进一步地，为了进一步加热燃油，在本实施例中，横向射流雾化试验系统还包括设置于燃油加热器06和横向射流雾化装置之间的二级加热器05，二级加热器05与燃油加热器06串联，油路和压力管路均串联，二级加热器05与横向射流雾化实验系统之间的输油管路上设置有保温层。燃油经燃油加热器06加热后，从喷油孔9排出，进入二级加热器05进一步进行加热，使燃油温度达到超临界温度。以实现在高温超临界工况下进行横向射流雾化实验。

作为优化，在本实施例中，二级加热器05为盐浴加热器，采用盐浴加热的方法避免燃油结焦，盐浴加热器的加热介质可以为NaCl、KCl、NaCN、KCN、NaNO3、KNO3等，根据所需温度选择对应盐的种类，将燃油加热到超临界状态。

如图3和图4所示，本实施例提供了一种具体的横向射流雾化装置，其包括环形罐体02、排气通道04、进气通道017和送气部件018；其中，环形罐体02具有环形的通道，喷油器016设置于环形罐体02中，环形罐体02的对应喷油器016的喷口位置设置透明观察窗03，用于光学探测装置015对喷油器016的横向射流雾化实验进行探测；透明观察窗03优选为石英窗。排气通道04与环形罐体02连通，排气通道04中设置有出气阀，用于控制排气通道04的启闭；进气通道017与环形罐体02连通，用于通入气体；送气部件018与进气通道017连通，通过送气部件018向进气通道017中送入循环气体，送气部件018可以为风机或空气压缩机。

工作时，先关闭排气通道04并向装置内泵入空气，当环形罐体02中的压力达到所需压力范围时，打开排气通道04，调节进气通道017风量和排气通道04风量，使横向射流雾化实验装置内压力达到并稳定在所需值。通过喷油器016向环形罐体02中喷入加热后的燃油，燃油随环形罐体02中循环的气流流动，从而进行横向射流雾化实验。

在本实施例中，横向射流雾化实验系统还包括燃油废气供给装置01，燃油废气供给装置01的废气出口与环形罐体02连通，用于向环形罐体02中通入燃油燃烧废气，在横向射流雾化实验装置中模拟航空发动机中含废气影响的横向射流流场。燃油废气供给装置01具体可以为包含二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等燃烧后废气主要成分的供气瓶。

进一步地，在本实施例中，横向射流雾化实验系统还包括设置于环形罐体02上的温度计020和压力计019，温度计020和压力计019分别对温度和压力进行监测，并根据温度计020和压力计019监测的温度值和压力值将横向射流雾化实验系统控制在满足需要的亚临界工况和超临界工况。

同理地，在本实施例中，燃油加热器06上还设置有第二压力计和第二温度计，第二压力计安装在密封顶盖3的压力计安装孔10中，分别用于监测燃油加热器06内的压力和温度，以控制在亚临界工况和超临界工况。

在本实施例中，加压装置高压氮气瓶010、稳压器08、稳压阀07和加压控制阀012；其中，高压氮气瓶010通过加压管路011与加注口2连通，用于向燃油加热器06的罐体7中通入高压氮气；稳压器08的两端通过稳压管路09分别与加压管路011连通；稳压阀07设置在稳压管路09上；加压控制阀012设置在加压管路011上，至少一个加压控制阀012与稳压阀07并联。通过控制稳压阀07和加压控制阀012控制稳压管路09和加压管路011的通断，实现加压和稳压操作，使燃油加热器06中的压力稳定在设定值。

进一步地，在本实施例中，燃油加热器06的密封顶盖3上还设置有安全阀，当压力过大时，通过安全阀进行卸压保护。

在本实施例中，环形罐体02通过整体浇铸制成，其承受压力在5MPa～7MPa之间，环形罐体02的壁厚为至少为12mm，环形罐体02的内径为90mm左右，外径为115mm左右。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种燃油加热器，其特征在于，包括：

罐体，所述罐体的底部设置有喷油孔，所述罐体的顶部敞口；

密封顶盖，密封连接于所述罐体的顶部敞口处，所述密封顶盖上设置有用于向所述罐体内加注燃油和加压的加注口；

绝热材料层，设置于所述罐体的内壁上；

加热电阻丝，设置于所述罐体内，且所述绝热材料层位于所述罐体的内壁和所述加热电阻丝之间。

2.根据权利要求1所述的燃油加热器，其特征在于，所述罐体的底部还设置有用于向所述罐体内通入燃油燃烧废气的废气进气阀，所述密封顶盖上还设置有用于排出燃油燃烧废气的废气排气阀。

3.根据权利要求1所述的燃油加热器，其特征在于，所述密封顶盖与所述罐体可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的燃油加热器，其特征在于，所述密封顶盖与所述罐体之间通过密封垫圈密封连接。

5.根据权利要求4所述的燃油加热器，其特征在于，所述密封顶盖的底面设置有用于嵌入所述密封垫圈的密封环槽。

6.一种横向射流雾化实验系统，包括横向射流雾化装置、光学探测装置、信号采集装置、信号处理装置和加压装置，其特征在于，还包括如权利要求1-5任一项所述的燃油加热器，所述燃油加热器的喷油孔与所述横向射流雾化装置的喷油器连通，用于向所述横向射流雾化装置中喷射燃油，所述加压装置通过所述燃油加热器的加注口向所述燃油加热器的罐体中加压。

7.根据权利要求6所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，还包括设置于所述燃油加热器和所述横向射流雾化装置之间的二级加热器。

8.根据权利要求7所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，所述二级加热器为盐浴加热器。

9.根据权利要求6所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，所述横向射流雾化装置包括：

环形罐体，所述喷油器设置于所述环形罐体中，所述环形罐体的对应所述喷油器的喷口位置设置透明观察窗；

排气通道，与所述环形罐体连通；

进气通道，与所述环形罐体连通，用于通入气体；

送气部件，与所述进气通道连通。

10.根据权利要求9所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，还包括燃油废气供给装置，所述燃油废气供给装置的废气出口与所述环形罐体连通。

11.根据权利要求9所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，还包括设置于所述环形罐体上的温度计和压力计。

12.根据权利要求6所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，所述加压装置包括：

高压氮气瓶，通过加压管路与所述加注口连通；

稳压器，所述稳压器的两端通过稳压管路分别与所述加压管路连通；

稳压阀，设置在所述稳压管路上；

加压控制阀，设置在所述加压管路上，至少一个所述加压控制阀与所述稳压阀并联。

13.根据权利要求6所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，还包括设置于所述燃油加热器上的第二压力计和第二温度计。

14.根据权利要求6所述的横向射流雾化实验系统，其特征在于，还包括设置于所述燃油加热器的密封顶盖上的安全阀。