用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统及其应用，该系统中，氮气加热装置上的加热前氮气入口与氮气供给装置相连；第一和第二子路分别设有第一和第二减压阀组、第一和第二流量计，第一和第二子路的一端分别与氮气加热装置上的加热后氮气出口相连；液态丙酮定量控制装置的一端与液态丙酮供给装置相连；雾化装置设有一次氮气入口、液态丙酮入口和示踪气体出口，其顶部内侧设有与一次氮气入口和液态丙酮入口相连的喷嘴，侧壁设有二次氮气入口，二次氮气入口处设有旋转喷口，示踪气体出口与设有试验件的试验管路相连。该系统可满足大流量冷态PLIF测量试验的需求，保证试验工况不受丙酮蒸气体积分数限制，能够实现定量试验结果的获取。能够实现定量试验结果的获取。能够实现定量试验结果的获取。

Large flow tracer gas generation system for cold PLIF measurement test and its application

【技术实现步骤摘要】
用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统及其应用


[0001]本专利技术属于光学测量
，具体涉及一种用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统及其应用。

技术介绍

[0002]在燃气轮机燃烧室的研究中，燃料与空气的掺混特性具有重要意义。应用冷态PLIF测量技术对燃烧室内部掺混场进行可视化测量，能够验证燃烧室设计，为CFD方法的开发提供验证数据，并促进对燃烧组织过程的进一步研究。在冷态PLIF测量试验中，燃料由含有丙酮蒸气的示踪气体替代，在激光的照射下，丙酮分子会在光面内产生荧光，对荧光现象进行拍摄，即可获得示踪气体在空气中的掺混情况。
[0003]然而，应用传统的示踪气体发生方法，能够获得的示踪气体流量小、丙酮蒸气体积分数小、丙酮蒸气体积分数未知。示踪气体的流量小，即代表能够进行的冷态PLIF测量试验的规模有限；丙酮蒸气体积分数小，即代表能够测量的工况当量比有限；丙酮蒸气体积分数未知，即代表试验只能获得定性结果，而不能获得定量结果。
[0004]因此，亟需一种应用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统，能够产生大流量、丙酮蒸气体积分数高、丙酮蒸气体积分数已知的示踪气体。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统及其应用，该系统能够产生大流量、丙酮蒸气体积分数高、丙酮蒸气体积分数已知的示踪气体，从而可以满足大流量冷态PLIF测量试验的需求，保证试验工况不受丙酮蒸气体积分数限制，且能够实现定量试验结果的获取。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统。根据本专利技术的实施例，所述系统包括：
[0007]氮气供给装置；
[0008]氮气加热装置，所述氮气加热装置包括加热前氮气入口和加热后氮气出口，所述加热前氮气入口与所述氮气供给装置相连；
[0009]第一子路和第二子路，所述第一子路上设有第一减压阀组和第一流量计，所述第二子路上设有第二减压阀组和第二流量计，所述第一子路和所述第二子路的一端分别与所述加热后氮气出口相连；
[0010]液态丙酮供给装置；
[0011]液态丙酮定量控制装置，所述液态丙酮定量控制装置的一端与所述液态丙酮供给装置相连；
[0012]雾化装置，所述雾化装置设有一次氮气入口、液态丙酮入口和示踪气体出口，所述一次氮气入口与所述第一子路的另一端相连，所述液态丙酮入口与所述液态丙酮定量控制
装置的另一端相连，所述雾化装置的顶部内侧设有喷嘴，所述一次氮气入口和所述液态丙酮入口分别与所述喷嘴相连，所述雾化装置的侧壁设有二次氮气入口，所述二次氮气入口处设有旋转喷口，所述二次氮气入口与所述第二子路的另一端相连，所述示踪气体出口与试验管路相连，所述试验管路上设有冷态PLIF测量试验的试验件。
[0013]根据本专利技术实施例的用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统，其包括氮气供给装置、氮气加热装置、第一子路、第二子路、液态丙酮供给装置、液态丙酮定量控制装置和雾化装置，其中，氮气加热装置可以将氮气供给装置提供的氮气加热到一定温度，从而可以为后续液态丙酮的蒸发提供热量，加热后氮气一部分沿第一子路经第一减压阀组减压后形成一次氮气由一次氮气入口被供给至雾化装置，液态丙酮供给装置提供的液态丙酮经液态丙酮定量控制装置由液态丙酮入口被供给至雾化装置，并与上述一次氮气在喷嘴中混合进行雾化，从而极大地增加了丙酮与加热后氮气的接触面积，加快了丙酮的蒸发速率。加热后氮气的另一部分沿第二子路经第二减压阀组减压后形成二次氮气由二次氮气入口供给至雾化装置并利用旋转喷口在雾化装置中形成旋流，一次氮气、雾化后丙酮与形成旋流的二次氮气混合后，能够进一步加速雾化后丙酮液滴的蒸发，同时可以促进丙酮蒸气与氮气的掺混，使得在示踪气体出口，丙酮全部以气态形式存在，且与氮气掺混均匀，得到由氮气和丙酮蒸气组成的示踪气体，并将示踪气体供给至设有冷态PLIF测量试验的试验件的试验管路进行测试。另外，结合第一流量计所示的一次氮气流量、第二流量计所示的二次氮气流量和液态丙酮定量控制装置所示的液态丙酮流量，可以获取雾化装置内的丙酮蒸气的体积分数，且液态丙酮定量控制装置可实现对液态丙酮流量的精确控制，进而实现对丙酮蒸气体积分数的控制。该系统能够产生大流量、丙酮蒸气体积分数高、丙酮蒸气体积分数已知的示踪气体，从而可以满足大流量冷态PLIF测量试验的需求，保证试验工况不受丙酮蒸气体积分数限制，且能够实现定量试验结果的获取。
[0014]另外，根据本专利技术上述实施例的用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统还可以具有如下附加的技术特征：
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述氮气供给装置包括液氮供给装置和空温汽化装置，所述空温汽化装置包括液氮入口和加热前氮气出口，所述液氮入口和所述液氮供给装置相连，所述加热前氮气入口与所述加热前氮气出口相连。由此，采用液氮作为氮气来源可以减少占地面积，空温汽化装置能够满足将液氮汽化为5000NL/min氮气的需要，进一步有利于产生大流量示踪气体。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述液氮供给装置包括多个液氮罐，所述多个液氮罐的液氮出口与所述空温汽化装置的液氮入口通过低温汇流排相连。由此，进一步有利于产生大流量示踪气体。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述氮气加热装置为水浴式加热器。由此，水浴式加热器可以满足5000NL/min氮气升温的需要，进一步有利于产生大流量示踪气体。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述液态丙酮定量控制装置为蠕动泵。由此，有利于获取丙酮蒸气的体积分数并对丙酮蒸气的体积分数实现精确控制。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述雾化装置的侧壁设有多个二次氮气入口，每个所述二次氮气入口处均设有旋转喷口，所述多个二次氮气入口与所述第二子路的另一端相连，且所述多个二次氮气入口沿所述雾化装置侧壁的周向间隔分布。由此，能够进一步加速
雾化后丙酮液滴的蒸发以及促进丙酮蒸气与氮气的掺混。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述喷嘴为虹吸式二流体喷嘴。由此，液态丙酮定量控制装置无需向液态丙酮提供压力，雾化效果好，有利于丙酮液滴的蒸发。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述示踪气体出口设于所述雾化装置底端。由此，能够保证进入雾化装置的液态丙酮不产生积累，保证丙酮蒸气体积分数的准确性。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述雾化装置与所述试验管路之间进一步包括：稳压装置，所述稳压装置包括稳压前示踪气体入口和稳压后示踪气体出口，所述稳压前示踪气体入口与所述示踪气体出口相连，所述稳压后示踪气体出口与所述试验管路相连。由此，使得尚存丙酮液滴在稳压装置内进一步完成蒸发，丙酮蒸气与氮气进一步掺混，并使得试验管路上的压力更加稳定，不受上游压力波动的影响。
[0023]在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于冷态PLIF测量试验的大流量示踪气体发生系统，其特征在于，包括：氮气供给装置；氮气加热装置，所述氮气加热装置包括加热前氮气入口和加热后氮气出口，所述加热前氮气入口与所述氮气供给装置相连；第一子路和第二子路，所述第一子路上设有第一减压阀组和第一流量计，所述第二子路上设有第二减压阀组和第二流量计，所述第一子路和所述第二子路的一端分别与所述加热后氮气出口相连；液态丙酮供给装置；液态丙酮定量控制装置，所述液态丙酮定量控制装置的一端与所述液态丙酮供给装置相连；雾化装置，所述雾化装置设有一次氮气入口、液态丙酮入口和示踪气体出口，所述一次氮气入口与所述第一子路的另一端相连，所述液态丙酮入口与所述液态丙酮定量控制装置的另一端相连，所述雾化装置的顶部内侧设有喷嘴，所述一次氮气入口和所述液态丙酮入口分别与所述喷嘴相连，所述雾化装置的侧壁设有二次氮气入口，所述二次氮气入口处设有旋转喷口，所述二次氮气入口与所述第二子路的另一端相连，所述示踪气体出口与试验管路相连，所述试验管路上设有冷态PLIF测量试验的试验件。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氮气供给装置包括液氮供给装置和空温汽化装置，所述空温汽化装置包括液氮入口和加热前氮气出口，所述液氮入口和所述液氮供给装置相连，所述加热前氮气入口与所述加热前氮气出口相连；任选地，所述液氮供给装置包括多个液氮罐，所述多个液氮罐的液氮出口与所述空温汽化装置的液氮入口通过低温汇流排相连。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氮气加热装置为水浴式加热器；任选地，所述液态丙酮定量控制装置为蠕动泵。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雾化装置的侧壁设有多个二次氮气入口，每个所述二次氮气入口处均设有旋转喷口，所述多个二次氮气入口与所述第二子路的另一端相连，且所述多个二次氮气入口沿所述雾化装置侧壁的周向间隔分布；任选地，所述喷嘴为虹吸式二流体喷嘴；任选地，所述示踪气体出口设于所述雾化装置底端。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雾化装置与所述试验管路之间进一步包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓栋，冯源，李雪松，顾春伟，吕煊，李珊珊，王子叶，
申请(专利权)人：中国联合重型燃气轮机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：