[发明专利]一种再生冷却通道内水油混合物流动与传热特性模拟装置

说明书

本发明涉及一种再生冷却通道内水油混合物流动与传热特性模拟装置，属于流动与传热特性模拟领域。本发明由贮罐、过滤器、恒流泵、流量计、三通、预热段、四通、二级加热段、冷却装置、过滤器、背压阀、煤油回收装置、气液分离器、湿式气体流量计、气体收集装置、液体收集装置、测控计算机、数据采集装置、温度传感器、壁温传感器、压强传感器、高压气源组成。实现精确输入工质，分段混合、加热并对产物进行分离和收集的功能，能够模拟超燃冲压发动机冷却通道内煤油与水混合物的混合与裂解。解决了获得超燃冲压发动机冷却通道内煤油与水混合物的流动与传热特性的问题。具有使用方便，工作稳定，工况准确，安全性好等优点。

技术领域

本发明涉及一种再生冷却通道内水油混合物流动与传热特性模拟装置，属于流动与传热特性模拟领域。

背景技术

超燃冲压发动机再生冷却通道内的煤油在吸收大量热量后温度逐渐升高，当温度超过500℃时，煤油发生热裂解。热裂解能够带来提高燃料热沉、增强混合效果、以及提高燃烧性能等诸多好处，但是随之产生的结焦积碳现象会阻塞冷却通道，影响发动机性能，威胁飞行安全。水蒸气催化重整能够在一定程度上缓解结焦积碳问题，且能够有效增加燃料的吸热能力。然而，由于煤油与水难以互溶，在实验室条件下研究两者混合物的流动与传热特性仍然面临着极大的困难。

目前对于水油混合物的研究，主要在静态容器中进行。通过在固定的容器同时或分批加入燃料和水，将其加压加热，以研究其混合后的产物特性。这种方式虽然简单方便，但是与超燃冲压发动机的实际工作状态相距甚远。而且再生冷却通道内的燃料是在不断流动的，以静态的特性来说明动态的问题显然也不够合适。此外，尽管静态容器内反应后的裂解产物便于分析处理，但静态容器内难以研究压降特性、热声不稳定特性和传热特性等常用特性。

也有少数研究者在煤油和水中加入一定比例的乳化剂后搅拌至乳化状态，将其通入不锈钢管路中以研究其流动和传热特性。然而乳化燃料保存时间非常有限，且乳化剂在冷却通道内吸热后的特性尚不明确，这极大的制约了其应用范围。要实现在超燃冲压发动机冷却通道内添加水以降低结焦量的效果，预先的地面实验必须将水和煤油分别供应才能更加接近于发动机的工作状态，且要保证供应系统的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种再生冷却通道内水油混合物流动与传热特性模拟装置，该装置以恒定体积流量抽取水和煤油，将其混合加热并对产物进行收集，用以可靠、稳定、便捷、长时间的模拟超燃冲压发动机冷却通道内煤油与水混合物的流动与传热特性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种再生冷却通道内水油混合物流动与传热特性模拟装置，所述模拟装置包括：水油供应系统、两级加热系统、冷却回收系统、裂解产物采集系统、数据采集系统、高压气源；

所述水油供应系统包括两组液体供应装置，分别用于供应水和煤油；每套液体供应装置由管道依次连接贮罐、过滤器、恒流泵和流量计，两种液体经三通混合后流入两级加热系统；

所述两级加热系统包括用于预热混合流体的预热段和完成液体升温的二级加热段，两段加热管路均使用热电偶进行加热；

所述冷却回收系统包括用于冷却裂解产物的冷却装置和煤油回收装置；

所述裂解产物采集系统包括气液分离器、湿式气体流量计、液体收集装置和气体收集装置；

所述数据采集系统中计算机通过数据采集装置连接位于两个四通处的温度传感器和压强传感器，以及位于二级加热段的壁温传感器，对流体的温度、压强和壁面的温度进行采集分析，采集的数据于计算机中进行汇总；

所述高压气源中装有氮气的高压气瓶通过管路接入水油供应系统与两级加热系统之间，方便进行实验后的吹除；

所述模拟装置的各系统之间和各组件之间均使用管路相连，管路尺寸由具体试验工况决定。