[发明专利]一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统及方法

说明书

本发明公开了一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统及方法，所述系统包括定容燃烧弹、进排气系统、挂滴装置、点火装置、数据采集系统和图像采集系统。本发明通过向定容燃烧弹通入指定压力的高压空气，以实现燃料液滴的亚/超临界压力环境，并在细石英棒悬挂液滴内部嵌入一支热电偶，以获取与高速摄影图像同步的液滴温度数据，开展从亚临界压力至超临界压力范围内多个不同压力环境下的液滴燃烧试验，并可进行不同液滴直径的相关试验，通过分析亚临界和超临界环境下液滴蒸发与燃烧特性的变化来获得对液滴超临界行为的深入认识。

技术领域

本发明涉及碳氢燃料蒸发与燃烧特性试验技术领域，尤其涉及一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统及方法。

背景技术

液滴蒸发燃烧过程是喷雾燃烧的基本控制单元，对单滴蒸发与燃烧的深入研究是阐明喷雾燃烧现象和机理的基本需求，故燃料液滴的蒸发与燃烧特性研究是液体燃料应用研究的重要组成部分。直喷式内燃机、液体火箭发动机、新一代燃气轮机、脉冲爆震发动机和液体燃料冲压发动机等高压燃烧设备的燃烧室环境均达到了喷射燃料的热力学临界条件，液体燃料以亚临界初始温度喷射雾化进入燃烧室，雾化形成的燃料液滴在高于其临界压力和临界温度的环境下经历蒸发、与空气混合、着火和燃烧过程，在此持续期内，液滴从亚临界温度迅速加热升温并有可能发生由亚临界状态至超临界状态的迁移，由于超临界状态下流体的密度、粘度、表面张力、蒸发焓、传热系数、溶解度和介电常数等所有流体的物性会发生急剧变化，使得超临界流体具有许多独特的性质。因此超临界环境中燃料液滴蒸发与燃烧特性更是燃烧学领域长期以来备受关注的重要研究内容。国内近些年主要开展了液滴低压(低于燃料临界压力)与常压下的蒸发与燃烧试验研究，以及超临界环境中燃料液滴蒸发与燃烧的数值研究，而开展超临界环境中燃料液滴蒸发与燃烧特性试验的研究较少，针对此问题，本发明提出了一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统及方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统及方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统，包括：

作为试验容器的定容燃烧弹；

进排气系统，和定容燃烧弹连接，用于试验时向定容燃烧弹内充入高压气体，并在试验完成后将高压气体排出；

挂滴装置，安装于定容燃烧弹内，用于悬挂试验用的液滴；

点火装置，安装于定容燃烧弹内，用于引燃悬挂于挂滴装置上的试验用液滴；

数据采集系统，安装于定容燃烧弹外部，用于采集实验过程中的温度、电压等数据；

图像采集系统，安装于定容燃烧弹外部，用于采集液滴燃烧过程瞬态变化图像。

优选的，所述的一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统，所述的定容燃烧弹为长方体状，所述定容燃烧弹的左侧面和右侧面上都设置观察窗，所述定容燃烧弹左侧面的观察窗和定容燃烧弹右侧面的观察窗的高度相同。

优选的，所述的一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统，所述进排气系统包括进气管、高压气瓶和排气管，所述进气管和排气管都和定容燃烧弹内部连通，所述高压气瓶和进气管连接，所述的进气管上安装有压力表，所述的进气管和排气管上都安装有阀门。

优选的，所述的一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统，所述的挂滴装置为底端为球形的细石英棒，所述细石英棒的底端位于定容燃烧弹观察窗轴心位置。

优选的，所述的一种亚\超临界碳氢液滴的蒸发与燃烧研究系统，所述的点火装置包括点火器和变压器，所述的点火器为镍铬加热线圈，所述的点火器设置于挂滴装置正下部，所述的变压器设置于定容燃烧弹外部，所述变压器和点火器电连接。