本发明专利技术提出了一种超临界航空煤油的密度测量装置及其测量方法，装置由活塞刻度杆、上腔体、下腔体、高压热电偶、高温压力表和活塞组成；上腔体和下腔体对接形成密闭的测量腔；活塞沿测量腔轴向运动；活塞上端面同轴固定连接刻度杆；在上腔体上开有驱动气体入口。本发明专利技术引入活塞保证测量过程中航空煤油体积的急剧膨胀作用；通过高压氮气驱动活塞的移动调节测量腔的体积变化，将测量腔的体积变化转化为驱动气体的压力调节，增加了可操作性；通过连接在活塞上的刻度杆读出测量腔中的体积值，简化了读数过程的复杂程度；采用可耐高温高压的硅橡胶圈来密封，刻度杆采用激光雕刻以保证表面的平整度，保证了高温高压状态下的密封效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超临界燃烧
，具体为。
技术介绍
随着高超音速飞行器研究的发展，目前对高性能航空航天发动机的需求变得越来越强烈，先进的航空发动机、液体火箭发动机和爆震发动机的燃烧室对燃烧的组织提出了更高的要求，燃料与空气的快速蒸发、混合和燃烧，是今后高性能发动机研制过程中面临的巨大挑战。随着高性能发动机燃烧室的环境温度和压力逐步提高，燃油温度和压力超过其临界点的温度和压力，如图1所示。此时发动机燃烧室中的液态燃油的燃烧将处于超临界状态，当液体燃油处于超临界状态时，它可以跨越常规发动机燃烧室中亚临界燃油的雾化和蒸发的过程而直接以类似气体的燃烧方式燃烧，可以使发动机的燃烧效率和性能得到大大提高，满足高性能发动机的设计要求。因此，对超临界燃油的喷射和燃烧特性的研究将是今后先进发动机研制中不可或缺的。对超临界航空煤油性质已有的研究表明，当煤油处于超临界状态，它既不属于液相也不属于气相，相的分界面消失了。它兼具气体的低粘度和液体的高密度，以及介于气体和液体之间的较高扩散系数等特征。在临界点附近，航空煤油的热力学输运性质对压力和温度的变化很敏感，燃料的比热将变为无穷大，气化潜热变为零，这时的加热、蒸发和燃烧特性完全不同于亚临界状态。另外，航空煤油属于混合物，容易造成其临界点的抖动和偏移。由于超临界流体的上述独特性质，使得研究的复杂性大大增加，给数值和实验研究带来极大的困难。航空煤油作为目前应用最广泛的航空航天推进系统的燃料和推进剂，对其超临界状态下的喷射和燃烧特性展开研究具有重大的意义。由于从常温状态到超临界状态的过程中，物性参数会发生很大的改变，而不同温度和压力下超临界航空煤油的各物性参数是建立其它一切理论、数值模型以及实验研究的基础。同时，超临界航空煤油各物性参数的准确测量，还可用于定性和定量的研究其与常规的亚临界态喷射和燃烧的差别，改进已有的分析模型，建立适合超临界喷射和燃烧的理论和数值模型。总之，只有了解超临界航空煤油不同温度和压力下的物性参数，才能充分研究超临界态航空煤油的喷射、雾化和燃烧特性，才能设计出适用于高性能航空航天发动机的超临界燃烧室。目前，美国国家标准与技术研究院(NIST)已经建立了不同种类的低分子和高分子碳氢燃料物性参数的国家数据库，为科学研究带来了极大的方便。然而，由于航空煤油属于混合物，其物性参数和与其组成类似的纯净高分子碳氢燃料相比存在一定的差别，尤其在临界点附近。鉴于超临界航空煤油物性参数的重要性，所以很有必要通过实验方法来建立航空煤油的物性参数数据库，为后续的研究提供数据库储备。航空煤油作为目前应用最广泛的航空航天推进系统的燃料和推进剂，其物性参数的准确测量是建立一切理论、数值模型和实验研究的基础。由于航空煤油属于混合物，其组成成分复杂，目前的研究中，常采用替代燃料法(用分子式和临界参数相近的纯净物来替代混合物进行物性参数计算)来进行研究，如:可采用物性参数相近的C10H22 (正癸烷)作为航空煤油的替代燃料。但超临界航空煤油的物性参数与替代燃料的物性参数仍然存在很大的差别，这将对研究的准确度带来一定的影响。我国目前常用航空煤油的临界点压力为2.2-2.4MPa，临界点温度640-660K。要准确测量超临界状态下的航空煤油的密度值，最简单的方法就是计算出不同温度和压力下特定质量(M)航空煤油的体积(V)大小。高温高压环境下仪器的耐热强度和连接面的密封问题对密度测量装置提出了苛刻的要求。此外，超临界态航空煤油的密度值在加热过程中变化剧烈，图2是2.1MPa压力下常作为航空煤油替代燃料的C10H22 (正癸烷)的密度随温度的变化曲线，可以看出随温度的升高，其密度值逐渐减小，在临界点附近，密度值急剧下降，超临界状态下的密度值可小于常温状态下的五分之一。因此可以推测，超临界状态的航空煤油的密度值仅为常温常压下的密度值的几分之一，所以测量过程中体积的剧烈膨胀性是测量的又一困难。在现有的密度测量中，最简单也是最常用的方法就是利用了 Μ/V的方法计算密度，而现有的此类装置中没有考虑到用于高温高压介质测量时的耐热和耐压强度问题，也没有考虑到高温高压环境下的密封和参数测量问题，更没有考虑到测量过程中介质密度随测量环境改变而急剧改变所造成的体积改变问题，因此目前常用的密度计无法用于超临界航空煤油的密度测量。另一种密度测量装置利用了液体浮力的原理，根据测量过程中密度计上浮或下沉稳定后排开液体的体积读数来计算密度值，但对于超临界航空煤油的密度测量来说，测头很难忍受测量中的高温高压环境，且密闭环境中的体积读数也很难进行，另外超临界态航空煤油已不属于液态，浮力的产生更是无从谈起，采用此种方法必将造成巨大的误差，因此该方法也不适用于超临界航空煤油的密度测量。正是因为超临界态航空煤油独特的物性特征使得现有的密度测量方法都无法适用，所以有必要发展全新的密度测量装置来满足超临界航空煤油的密度测量要求。
技术实现思路
要解决的技术问题为了克服现有密度测量中技术的不足，本专利技术提出了，基于最基本的Μ/V方法，不仅充分考虑了高温高压环境下测量仪器的耐压、耐热强度以及密封问题，还考虑了测量过程中密度降低所造成的体积急剧膨胀性。技术方案本专利技术的技术方案为:所述一种超临界航空煤油的密度测量装置，其特征在于:由活塞刻度杆、上腔体、下腔体、高压热电偶、高温压力表和活塞组成；上腔体和下腔体均为一端开口的中空柱体，上腔体和下腔体开口端同轴固定对接形成密闭的测量腔；活塞同轴安装在测量腔内，且活塞能够沿测量腔轴向运动，活塞侧壁与测量腔内壁之间采用密封圈密封；在活塞上端面同轴固定连接活塞刻度杆，活塞刻度杆端部穿过上腔体端面，且活塞刻度杆侧壁与上腔体之间采用密封圈密封；在上腔体上开有驱动气体入口，在下腔体上开有高压热电偶和高温压力表的安装口。所述一种超临界航空煤油的密度测量装置，其特征在于:活塞刻度杆上的刻度线激光标注。所述一种超临界航空煤油的密度测量装置，其特征在于:在下腔体外侧壁上均匀缠绕电阻加热丝，在电阻加热丝外部包裹上绝热材料。所述一种超临界航空煤油的密度测量装置，其特征在于:测量腔内径不超过40mm ο所述一种超临界航空煤油的密度测量装置，其特征在于:高压热电偶测量范围为O 1000°C,耐压极限不低于6MPa,高温压力表的量程为O 6MPa,耐温极限不低于1000。。。所述一种超临界航空煤油的密度测量装置的测量方法，其特征在于:采用以下步骤:步骤1:将待测的航空煤油倒入下腔体内，且航空煤油的深度不超过下腔体内腔轴向长度的1/5 ;将带有活塞刻度杆的活塞装入下腔体中，且活塞下端面与航空煤油液面贴合；将上腔体与下腔体同轴固定连接，且活塞刻度杆穿过上腔体端面；步骤2:通过上腔体的驱动气体入口向活塞上方腔体内充入压力为P的驱动气体，使高温压力表的示数达到P且示数稳定，并使活塞上方腔体内压力保持P不变；步骤3:对下腔体加热，当活塞下方腔体内航空煤油温度达到或超过航空煤油临界点温度，则由公式P = M/V = 4M/ π HD2得到超临界态航空煤油的密度，其中M为待测航空煤油质量，H为通过活塞刻度杆测得的超临界态航空煤油在活塞下方腔体内的轴向高度值，D为活塞下方腔体内腔直径。有益效果本专利技术的有益效果是:本专利技术在超临界航空煤油的测量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超临界航空煤油的密度测量装置，其特征在于：由活塞刻度杆、上腔体、下腔体、高压热电偶、高温压力表和活塞组成；上腔体和下腔体均为一端开口的中空柱体，上腔体和下腔体开口端同轴固定对接形成密闭的测量腔；活塞同轴安装在测量腔内，且活塞能够沿测量腔轴向运动，活塞侧壁与测量腔内壁之间采用密封圈密封；在活塞上端面同轴固定连接活塞刻度杆，活塞刻度杆端部穿过上腔体端面，且活塞刻度杆侧壁与上腔体之间采用密封圈密封；在上腔体上开有驱动气体入口，在下腔体上开有高压热电偶和高温压力表的安装口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：范玮，靳乐，范珍涔，肖强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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