基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统技术方案

本发明专利技术涉及燃烧实验技术，旨在提供一种基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统。该系统包括激波管，在其低压段的末端设置带有轴向贯穿通孔的盲板法兰；超声雾化头具有锥形的喷嘴部位和圆柱状的尾段，并以其喷嘴部位与贯穿通孔对接；在超声雾化头尾段的末端端面上设有高频线插头和进液口，前者通过线缆连接至驱动电源，后者位于雾化通道末端并通过输液管连接至给液泵。本发明专利技术能够节约雾化耗能，确保始终存在悬浮的纳米流体燃料雾化液滴；采用普通的给液泵即可完成燃料进样和速率控制，结构简单、通用性强。可适用于不同尺寸、不同要求的激波管点火实验，通用性强。能够适用于激波管点火燃烧实验中的大部分工况，可靠高效、重复性好。

【技术实现步骤摘要】
基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统
本专利技术专利涉及燃烧实验
，旨在提供一种基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统。
技术介绍
纳米流体燃料由固态的纳米金属(铝、硼等)和液态的碳氢燃料组成，具有能量密度高、点火温度低、燃烧效率高等优点，是液体发动机燃料的潜在替代品，受到国内外研究者的广泛关注。纳米流体燃料的点火燃烧特性研究关系到该燃料的能量释放和燃烧动力学特性，是航空工程领域的热点之一。点火延迟时间是纳米流体燃料燃烧特性的重要表征，也是验证燃烧反应化学动力学模型及简化模型的重要依据。在航空工程应用领域，燃料的点火延迟是航空发动机设计的重要参数和依据，对航空发动机燃烧室的燃烧性能和燃烧稳定性具有重要影响。因此，对燃料点火时间的准确测试是开展燃料燃烧研究的重要前提，也是燃烧动力学理论研究的重要条件。燃料燃烧一般分为点火、火焰传播和稳定燃烧三个阶段，纳米流体燃料中的纳米颗粒能缩短该类燃料的点火延迟，使纳米流体燃料的点火延迟时间低于碳氢液体燃料，但由于该类燃料中存在固液两相物质，也加大了该类燃料点火延迟时间测量的难度。激波管是目前实验室测量燃料点火延迟特性的主要设备之一，通过高压段和低压段之间的压力差击破膜片产生入射激波和反射激波对燃料进行均匀绝热非等熵加热，达到燃料受热点火的目的。因为激波管的测量参数范围较宽，通过改变高压段和低压段的压差就能得到所需要的测量范围中点火燃烧特征参数，因此，在空气动力学，化学反应动力学，燃烧学、航空声学等领域被广泛的用于燃料点火特性的实验研究。对于碳氢液体燃料，进入激波管进行点火燃烧实验一般采用气化或雾化的方式，把液体送入激波管。但对于纳米流体燃料，气化会使液相碳氢燃料和固相纳米颗粒直接分离，从根本上改变了纳米流体的特性，显然不合适。因此选择合理的雾化方式是纳米流体燃料在激波管内实现点火燃烧实验的前提。已有的技术大多采用压差式雾化方式，在启动点火操作前先将燃料雾化进入激波管，但雾化后的雾炬一旦进入激波管，雾化液滴中包含大量固相纳米颗粒，该类固相颗粒大多密度较大，会很快因为重力作用而快速沉降，使纳米流体燃料液固分离，会直接影响点火燃烧特性实验测试结果。由于激波管内压力在点火期间需要保证稳定，因此，又不能在点火实验期间实时连续雾化喷入(因差压波动会有影响)。所以如何确保激波管试验段存在稳定悬浮、粒径分布均匀的雾化液滴以及确定进入激波管的液滴悬浮量是纳米流体燃料激波管点火特性测量的关键问题。目前的雾化方式存在的问题是：(1)压差雾化不仅结构复杂，且很难做到实时雾化，作为激波管点火实验误差较多。(2)预混法采用预混罐对雾化液滴与空气进行事先预混，但纳米流体燃料是固液两相流的燃料，无法如单相的碳氢燃料一样形成稳定气溶胶，如点火操作前送入，依旧会因为重力效应使固体快速沉降。(3)其他高效雾化方法，如静电雾化虽然能实时送入，对压力影响不大，但该方法耗能较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统，包括由高压段、低压段、膜片组成的激波管；在低压段的末端设置盲板法兰，盲板法兰上有一个用于安装超声雾化头并连通低压段内腔的轴向贯穿通孔；超声雾化头具有锥形的喷嘴部位和圆柱状的尾段，其对称中轴线上设有贯穿的雾化通道，雾化通道的径向尺寸具有从尾段到喷嘴部位逐渐收缩的变化趋势；超声雾化头固定安装在盲板法兰上，并以其喷嘴部位与贯穿通孔对接；在超声雾化头尾段的末端端面上设有高频线插头和进液口，前者通过线缆连接至驱动电源，后者位于雾化通道末端并通过输液管连接至给液泵。本专利技术中，所述超声雾化头是一体式结构。本专利技术中，所述位于雾化通道末端的进液口是突出于盲板法兰表面的管状结构，所述超声雾化头以其喷嘴部位对接在管状结构中。本专利技术中，所述超声雾化头的对称中轴线与激波管的中轴线平行布置，且超声雾化头位于激波管中轴线上方；假设两个中轴线的间距为h，激波管径向截面的半径为R，则R/4＜h＜R/2。本专利技术中，所述超声雾化头的喷嘴部位和尾段之间设有径向收缩的连接部；在盲板法兰上设置卡箍，卡箍以嵌入并夹紧连接部的方式将超声雾化头固定安装在进液口处。本专利技术中，所述连接高频线插头和驱动电源的线缆是同轴线缆。本专利技术中，在进液口与超声雾化头的喷嘴部位之间设置密封橡胶圈。本专利技术中，在输液管上设置阀门(提高给液稳定性)。本专利技术中，所述盲板法兰通过螺栓固定在低压段末端的法兰上，两者之间设有垫圈(确保密封效果)。本专利技术中，在盲板法兰与低压段末端法兰面之间设有若干个的垫圈，并使盲板法兰与低压段末端的法兰面所处平面相切(减少喷嘴对管内流场的干扰)。与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：(1)将超声雾化技术应用于纳米流体燃料在激波管内的雾化中，节约雾化耗能。(2)利用实时连续进液和超声雾化的方式，确保激波管试验段一直存在悬浮的纳米流体燃料雾化液滴，同时由于利用超声雾化，雾炬连续通入过程中，激波管低压段的压力不会随之变化，能与点火操作保持实时同步，确保试验精确性。(3)因为激波管低压段一般为负压，采用普通的给液泵即可完成燃料进样和速率控制，结构简单、通用性强。(4)通过提前测量雾化液滴沉降速率，由输液管上的阀门控制给样速率和给样时间，能够确定管内试验段纳米流体燃料雾化液滴的实际悬浮量。(5)通过改变激波管的盲板法兰及开孔大小，即可适用于不同尺寸、不同要求的激波管点火实验，通用性强。(6)能够很好地适用于激波管点火燃烧实验中的大部分工况，可靠高效、重复性好。附图说明图1为盲板法兰的主视图；图2为图1中盲板法兰的侧向剖视图；图3为超声雾化头的剖面图；图4为该纳米流体燃料实时超声雾化系统的示意图。图中的附图标记：进液口1、高频线插头2、激波管3、垫圈4、超声雾化头5、盲板法兰6、卡箍7、驱动电源8、给液泵9、阀门10。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细描述。本专利技术中基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统，包括由高压段、低压段和膜片组成的激波管3。在激波管3的低压段末端设置盲板法兰6，盲板法兰6上设有一个贯穿通孔，其一端连通低压段内腔另一端连接进液口1。超声雾化头5具有锥形的喷嘴部位和圆柱状的尾段，中间是呈径向收缩的连接部。超声雾化头5的对称中轴线上设有贯穿的轴向雾化通道，其径向尺寸具有从尾段到喷嘴部位逐渐收缩的变化趋势。在超声雾化头5尾段的末端端面上设有高频线插头2和进液口1，前者通过同轴线缆连接至驱动电源8，后者位于雾化通道末端并通过输液管连接至给液泵9，输液管上设置阀门10。在盲板法兰6上设置卡箍7(可选不锈钢材质)，卡箍7以嵌入并夹紧连接部的方式使超声雾化头5实现固定安装；此时其喷嘴部位对接在进液口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统，包括由高压段、低压段和膜片组成的激波管；其特征在于，在低压段的末端设置盲板法兰，盲板法兰上有一个用于安装超声雾化头并连通低压段内腔的轴向贯穿通孔；超声雾化头具有锥形的喷嘴部位和圆柱状的尾段，其对称中轴线上设有贯穿的雾化通道，雾化通道的径向尺寸具有从尾段到喷嘴部位逐渐收缩的变化趋势；超声雾化头固定安装在盲板法兰上，并以其喷嘴部位与贯穿通孔对接；在超声雾化头尾段的末端端面上设有高频线插头和进液口，前者通过线缆连接至驱动电源，后者位于雾化通道末端并通过输液管连接至给液泵。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激波管试验平台的纳米流体燃料实时超声雾化系统，包括由高压段、低压段和膜片组成的激波管；其特征在于，在低压段的末端设置盲板法兰，盲板法兰上有一个用于安装超声雾化头并连通低压段内腔的轴向贯穿通孔；超声雾化头具有锥形的喷嘴部位和圆柱状的尾段，其对称中轴线上设有贯穿的雾化通道，雾化通道的径向尺寸具有从尾段到喷嘴部位逐渐收缩的变化趋势；超声雾化头固定安装在盲板法兰上，并以其喷嘴部位与贯穿通孔对接；在超声雾化头尾段的末端端面上设有高频线插头和进液口，前者通过线缆连接至驱动电源，后者位于雾化通道末端并通过输液管连接至给液泵。


2.根据权利要求1所述的纳米流体燃料实时超声雾化系统，其特征在于，所述超声雾化头是一体式结构。


3.根据权利要求1所述的纳米流体燃料实时超声雾化系统，其特征在于，所述位于雾化通道末端的进液口是突出于盲板法兰表面的管状结构，所述超声雾化头以其喷嘴部位对接在管状结构中。


4.根据权利要求1所述的纳米流体燃料实时超声雾化系统，其特征在于，所述超声雾化头的对称中轴线与激波管的中轴线平行布置，且超声雾化头位于激波管中轴线上方；假设两个中轴线的间距为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建忠，许培辉，杨卫娟，杜龙金，周俊虎，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33