一种超临界介质计量方法及调节装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超临界介质计量方法及调节装置，计量方法包括：S1、获取计量介质实时状态信息，并由此判断出计量介质的实时状态；S2、根据计量介质的不同实时状态，对计量介质的体积流量进行计量；S3、通过介质密度ρ、介质温度和计量所得的体积流量计算出质量流量。本发明专利技术能够解决现有超临界介质调节方法适用范围窄的问题。围窄的问题。围窄的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界介质计量方法及调节装置


[0001]本专利技术涉及航空航天发动机燃料及其他介质计量调节领域，特别是超一种超临界介质计量方法及调节装置。

技术介绍

[0002]航空航天飞行器的飞行马赫数在不断提升，其飞行环境也愈发恶劣，这对飞行器的主动冷却问题提出了更高的要求。主动循环再生冷却作为此类发动机的冷却系统，为各种发动机适应更为恶劣的工作环境提供了可能，主动循环再生冷却技术的发动机冷却剂一般是发动机的燃料，在超高压力及超高热流下，发动机内的燃料处于超临界状态。有超音速燃烧的实验研究发现，在相同的来流条件和当量比下，超临界煤油的燃烧效率比液态煤油提高了10％～15％，并且超临界燃油能够显著提高燃烧强度和燃烧效率。
[0003]超临界流体，是指流体的温度、压力都高于其临界状态，超临界流体具有很多独特的性质，如黏度、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质对温度和压力变化十分敏感，具体表现为超临界状态下黏度接近气体，而密度接近液体。超临界流体在整个流动换热过程中均不会发生相变。流体在超临界压力状态下随着温度的升高会出现一个最大值(这一温度称为临界温度)，在最大值附近超临界流体物性受温度影响更加敏感，此时的换热过程与常规换热规律不同，当温度继续升高至一定温度，还会发生裂解、结焦等一系列影响换热的化学变化。
[0004]现有技术中，超临界状态介质是通过调节其冷端流量来控制其流量的，例如：专利号为CN10595242B的专利中，超临界状态的水的流量是由超临界水发生器入口前的高压计量泵来控制的。但由于高性能的航空航天发动机主动循环再生冷却所需的燃油流量与发动机燃烧所需的流量不一致，而两者为同一油源，因此无法通过控制冷端燃油流量的方法来控制超临界状态的燃油流量，因此需要在其处于超临界状态进行计量和调节。
[0005]但由于超临界燃油物性的特殊性，常规流体的物性规律和计算方法并不完全适用，现有技术中对超临界介质按理想气体进行考虑，但没有考虑超临界流体的压缩效应，从而对物性参数的预测带来一定偏差，给实验和数值研究造成了很大困难。目前有关超临界流体流量特性及流量调整的研究还相对较少，关于混合物型燃料的超临界流量特性的研究更是十分少见。
[0006]在实际发动机应用的条件下，为了使发动机工作包络线更广泛，性能更好，介质的计量调节全周期中还存在液态、气态、亚临界状态等状态的介质计量需求，现有的计量方法无法满足该需求，因此急需一种可以对超临界状态及其他各种状态的介质均有效的计量调节装置和计量调节方法。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种超临界介质计量调节方法及装置，能够解决现有超临界介质调节方法适用范围窄的问题。
[0008]本专利技术采用的技术方案是，一种超临界介质计量方法，计量方法包括：
[0009]S1、获取计量介质实时状态信息，并由此判断出计量介质的实时状态；
[0010]S2、根据计量介质的不同实时状态，对计量介质的体积流量进行计量；
[0011]S2.1、实时状态为超临界状态时：
[0012]计量介质的流动速度u1达到声速a，则在状态改变前，体积流量为仅与喉道面积相关的常量；
[0013]计量介质的流动速度u1＜声速a，根据速度u1及面积S1求得体积流量；
[0014]S2.2、实时状态为气态时：
[0015]计量喷管的流道喉部速度达到速a，则通过进口压力、温度及喉道面积确定介质的体积流量；
[0016]计量喷管的流道喉部速度＜声速a，则通过进出口压力、温度、喉道面积及介质压缩因子z、绝对粘度μ确定介质的体积流量。
[0017]S2.3、实时状态为液态时：
[0018]若喉道处压力Pc＜介质在此温度下的饱和蒸气压，在状态改变前，体积流量为仅与喉道面积相关的常量；
[0019]若喉道处压力Pc≥介质在此温度下的饱和蒸气压，通过进出口压力、温度、喉道面积及绝对粘度μ确定介质的体积流量；
[0020]S3、通过介质密度ρ、介质温度和计量所得的体积流量计算出质量流量。
[0021]进一步的，步骤S2中，若实时状态为气态到液态之间时，说明当前介质压力下其温度处于临界温度区间范围内，此时改变进口压力，使介质状态偏离临界区间，变为确定的状态后再进行计量。
[0022]进一步的，步骤S2中，若实时状态为气态到液态之间时，说明当前介质压力下其温度处于临界温度区间范围内，先按步骤s2.3进行计量，获得计量结果后，通过进口压力Pin和进口温度Tin及当前介质的泡点和露点推断此时介质的气液比Xlm，进而根据气液比Xlm结合计量湿气的数学模型，对步所得的计量流量进行修正。
[0023]进一步的，步骤S2.1中，根据测得超临界煤油计量前后总温总压，由广义对应状态法，通过计量前总温、总压求得对应进口计量介质的焓值hin和熵值S，设定熵值不变，再次使用广义对应状态法通过计量后总温、总压则可得出口计量介质的焓值hout,利用两个状态的焓值变化，可求得流体的流动速度u1。
[0024]进一步的，步骤S2.2中，根据进口压力和出口压力的比值、以及介质温度确定流道喉部速度是否达到声速。
[0025]进一步的，步骤S2.3中，根据进口压力Pin和进口温度Tin，结合计量喷管结构参数来判断喉道处压力Pc是否低于计量介质在此温度下的饱和蒸气压。
[0026]本专利技术采用的第二种技术方案是，一种超临界介质计量调节装置，包括贯通设置的筒体和计量喷管，计量喷管为先收缩再扩张的结构；筒体的外侧端口为计量介质入口，计量喷管的外侧端口为计量介质出口；筒体和计量喷管交界处连接有计量前温度传感器和计量前压力传感器，计量介质出口连接有计量后温度传感器和计量后压力传感器。
[0027]进一步的，计量喷管内设置有调节锥，调节锥的尖端指向计量介质的出口，调节锥的尾端依次连接有控制连接轴和电信号
‑
位移执行机构，在电信号
‑
位移执行机构和计量喷
管之间设置将两者隔绝的密封圈。
[0028]进一步的，多个计量喷管并联设置，每个计量喷管前增加截止阀。
[0029]进一步的，计量喷管的计量喉道处的喉部面积可调。
[0030]本专利技术的有益效果是，本专利技术在计量调整前，通过对介质压力、温度检测值进行分析介质状态，并采取相应的计量调整方案，极大地扩展了介质的可计量范围，相当于扩展了飞行器或其他对应调整对象的可控工作包络线，并提高了燃烧效率，即同时提升了性能和经济性。本专利技术通过设定阈值区间，确定了临界区间，并尽量避免处于临界点附近的复杂工况，降低了系统的复杂程度，简化了控制计算难度，提高了计量精度。
【附图说明】
[0031]图1是本专利技术一种超临界介质计量装置的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术一种超临界介质计量方法的方法流程示意图；
[0033]图3为实施例2中的计量设备的结构示意图。
[0034]其中，1.计量介质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界介质计量方法，其特征在于，所述计量方法包括：S1、获取计量介质实时状态信息，并由此判断出计量介质的实时状态；S2、根据计量介质的不同实时状态，对计量介质的体积流量进行计量；S2.1、实时状态为超临界状态时：计量介质的流动速度u1达到声速a，则在状态改变前，体积流量为仅与喉道面积相关的常量；计量介质的流动速度u1＜声速a，根据速度u1及面积S1求得体积流量；S2.2、实时状态为气态时：计量喷管4的流道喉部速度达到速a，则通过进口压力、温度及喉道面积确定介质的体积流量；计量喷管4的流道喉部速度＜声速a，则通过进出口压力、温度、喉道面积及介质压缩因子z、绝对粘度μ确定介质的体积流量。S2.3、实时状态为液态时：若喉道处压力Pc＜介质在此温度下的饱和蒸气压，在状态改变前，体积流量为仅与喉道面积相关的常量；若喉道处压力Pc≥介质在此温度下的饱和蒸气压，通过进出口压力、温度、喉道面积及绝对粘度μ确定介质的体积流量；S3、通过介质密度ρ、介质温度和计量所得的体积流量计算出质量流量。2.如权利要求1所述的一种超临界介质计量方法，其特征在于，所述步骤S2中，若实时状态为气态到液态之间时，说明当前介质压力下其温度处于临界温度区间范围内，此时改变进口压力，使介质状态偏离临界区间，变为确定的状态后再进行计量。3.如权利要求1所述的一种超临界介质计量方法，其特征在于，所述步骤S2中，若实时状态为气态到液态之间时，说明当前介质压力下其温度处于临界温度区间范围内，先按步骤S2.3进行计量，获得计量结果后，通过进口压力Pin和进口温度Tin及当前介质的泡点和露点推断此时介质的气液比Xlm，进而根据气液比Xlm结合计量湿气的数学模型，对步所得的计量流量进行修正。4.如权利要求1所述的一种超临界介质计量方法，其特征在于，所述步骤S2.1中，根据测得超临界煤油计量前后总温总压，由广义对应状态法，通过计量前总温、总压求得对应进口计量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑，李玉华，赵融会，王苗苗，李凯，张全林，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：