[发明专利]一种换热片式快速高压气体预加热装置

说明书

一种换热片式快速高压气体预加热装置，属于内燃机喷雾燃烧可视化实验装置的技术领域。该装置包括硅碳棒内核与换热芯，硅碳棒内核嵌于换热芯中，由硅碳棒对换热芯进行加热，被加热气体由换热芯进行加热；所述硅碳棒内核包括硅碳棒及与其相连的绝缘环；所述换热芯上下为底板，中间是若干组换热片，换热片中间为隔板，使用固定螺栓和螺母压紧紧固。该装置的被加热气体与换热芯中换热片接触面积大，使其能对高压气体进行快速加热，从而同时保证了出口处的气体温度与气流速度；可根据实际加热需要增减硅碳棒与换热片组的数量。

技术领域

本发明涉及一种换热片式快速高压气体预加热装置，属于内燃机喷雾燃烧可视化实验装置的技术领域。

背景技术

定容燃烧弹是目前国内外广泛使用的对内燃机喷雾和燃烧特性进行可视化实验研究的一种密闭容器，其主要作用是建立压力和温度环境，用以模拟真实内燃机的压力和温度状态。进气温度是其中的一个重要参数，为了能够更准确地模拟内燃机缸内喷雾和燃烧的过程，需要对定容燃烧弹内燃料和空气混合物的温度进行调控。

目前，较为常用的方法是电加热方式，这种加热方式是在定容燃烧内部布设电加热丝，对定容燃烧弹内气体直接进行加热。由于定容燃烧弹内结构紧凑，这种加热器往往难以布置，且加热丝的发光会对光学测试带来影响。另外也存在所需加热时间长、温度范围小、加热丝高温容易熔断等缺点。

另一种较为常见的加热方式是外壁加热，这种加热方式是通过对定容燃烧弹壁面进行加热，进而加热定容燃烧弹内混合气。若要达到足够的加热温度，必须对定容燃烧弹壁面温度进行提升，而过高的温度对定容燃烧弹壁面金属材料的性能有很高的要求，更可能会损坏部分具有视窗的定容燃烧弹的视窗玻璃。

也有先向定容燃烧弹内通入可燃气体，进行点火燃烧后定容燃烧弹内升温升压的方式。但这种方式需要严格地配置可燃气体成分，且其安全性差，有发生爆炸的可能；燃烧后产物容易对后续的光学测试产生干扰，若燃烧产物中有水蒸气则容易在定容燃烧弹视窗上凝结成水雾。

发明内容

为了现有加热方式所需加热时间长、温度范围小等问题，本发明提供一种能对定容燃烧弹内气体进行快速加热的换热片式快速高压气体预加热装置，可实现高压气体的快速加热，使出口气体压力达15MPa，温度可达1400K，出口流速可达80m/s，且气体在加热器中的加热时间不超过1s。

本发明采用的技术方案是：一种换热片式快速高压气体预加热装置，它包括硅碳棒内核与换热芯，硅碳棒内核嵌于换热芯中，由硅碳棒对换热芯进行加热，被加热气体由换热芯进行加热；所述硅碳棒内核包括硅碳棒及与其相连的绝缘环，硅碳棒通过绝缘环固定在换热芯上；所述换热芯的上下为底板，中间为若干组换热片，换热片中间为隔板，使用固定螺栓和螺母压紧紧固；所述隔板有两种不同形状，所述换热片有6种不同形状可组成3种不同换热片组，每种换热片组包括两种不同形状的换热片，并由其交错堆叠而成；所述换热芯的换热片组与隔板按适当顺序组合，形成可供被加热气体通过的曲折气路。

所述换热芯由换热片与隔板按适当顺序组合，形成可供被加热气体通过的气路；具体组合方式如下：由第一种换热片与第二种换热片交叉堆叠组成出口换热片组，所述出口换热片组两端为第一种换热片；由第三种换热片与第四种换热片交叉堆叠组成中间换热片组，所述中间换热片组两端为第三种换热片；由第五种换热片与第六种换热片交叉堆叠组成进口换热片组，所述进口换热片组两端为第五种换热片；按照从下到上依次为底板、进口换热片组、第二种隔板、中间换热片组、第一种隔板、中间换热片组、第二种隔板、中间换热片组、第一种隔板、出口换热片组、底板的顺序堆叠，并由固定螺栓与螺母紧固在一起，组成所述换热芯。

所述换热片、隔板、底板与固定螺栓均采用耐高温合金材料加工而成；所述绝缘环由多莫来石加工而成。

所述硅碳棒采用硅钼加热棒。