一种高温高压航空煤油流动传热试验装置的制作方法

1.本发明属于液体火箭发动机热管理与热防护应用研究试验领域装置，特别是涉及一种高温高压航空煤油流动传热试验装置。


背景技术：

2.随着大推力、重型液体火箭发动机研制的不断发展，发动机推力室面临着高温高压高热流密度的热防护严重考验。采用航空煤油作为冷却剂的主动再生冷却技术已经被证明是一种非常有效的冷却手段。同时航空煤油来源广泛，价格低廉且性能优异。但发动机温度压力的不断提高，航空煤油在高温高压下的流动传热性能研究还处于空白阶段。


技术实现要素：

3.本发明旨在克服现有技术的不足，提供了一种高温高压航空煤油流动传热试验装置。
4.本发明的一种高温高压航空煤油流动传热试验装置，包括煤油供应单元，还包括煤油加热单元、废气液处理单元、安全防护单元和测控单元，煤油供应单元、煤油加热单元和废气液处理单元之间通过输送管路依次连接；所述煤油供应单元包括储油箱和电机泵组，储油箱通过输送管路与电机泵组连接；煤油加热单元是在封闭试验舱内依次连接有预热段、测量段和试验段，所述煤油供应单元末端通过输送管路与预热段连通，预热段的两端夹抱有电极ⅰ、交流电源ⅰ通过电极ⅰ与预热段的两端电性连接，试验段的两端夹抱有电极ⅱ、交流电源ⅱ通过电极ⅱ与试验段的两端电性连接，所述交流电源ⅰ和交流电源ⅱ均与功率分配器电性连接，功率分配器接入测控单元，试验段的出口端通过输送管路与废气液处理单元连接。
5.作为本发明的进一步改进，煤油供应单元还包括调节阀和流量计，电机泵组与预热段之间的输送管路上依次设有调节阀和流量计，调节阀和流量计均与测控单元数据连接。
6.作为本发明的进一步改进，预热段、测量段和试验段均为合金管路，位于电极ⅰ外侧的预热段的两端处均设有绝缘接头ⅰ，位于电极ⅱ外侧的试验段的两端处均设有绝缘接头ⅱ。
7.作为本发明的进一步改进，废气液处理单元包括冷却装置和废气液分离采集回收装置，所述试验段的另一端通过输送管路与冷却装置连接，冷却装置的另一端通过输送管路与废气液分离采集回收装置连接。
8.作为本发明的进一步改进，安全防护单元包括泄漏报警系统、消防系统和紧急启停系统，泄漏报警系统、消防系统和紧急启停系统均与测控单元数据连接，所述泄漏报警系统分别与消防系统和紧急启停系统数据连接，紧急启停系统与煤油供应单元和煤油加热单元连接。
9.作为本发明的进一步改进，泄漏报警系统包括主机和可燃性气体检测仪，可燃性
气体检测仪、消防系统和紧急启停系统均与主机数据连接；紧急启停系统与电机泵组、调节阀、交流电源ⅰ和交流电源ⅱ连接。
10.作为本发明的进一步改进，紧急启停系统设有紧急启停按钮，紧急启停按钮与电机泵组、调节阀、交流电源ⅰ和交流电源ⅱ连接。
11.作为本发明的进一步改进，测量段上设有若干压力测点和温度测点，预热段和试验段的进口端及出口端均设有测压元件和测温元件，所述测压元件和测温元件均与测控单元数据连接。
12.作为本发明的进一步改进，绝缘接头ⅰ和绝缘接头ⅱ均采用金属材料及有机绝缘材料组成。
13.本发明的一种高温高压航空煤油流动传热试验装置，主要用于研究航空煤油等碳氢燃料在高温高压条件下的流动传热和结焦特性，为航空煤油在大推力火箭发动机主动再生冷却技术的应用提供重要依据。利用电阻加热方式实现对预热段和试验段的恒定加热，通过调节阀控制煤油的流动速度并通过控制试验段的长度，可控制煤油在煤油加热单元的停留时间，实现对煤油加热裂解过程的精确控制。
附图说明
14.图1是本发明一种高温高压航空煤油流动传热试验装置的结构示意图；图2是本发明一种高温高压航空煤油流动传热试验装置的原理图。
具体实施方式
15.本发明的一种高温高压航空煤油流动传热试验装置，包括煤油供应单元27，还包括煤油加热单元28、废气液处理单元29、安全防护单元4和测控单元13，测控单元13为工控机，能够对监测到的本装置的各项数据进行处理，以及对各个单元进行控制。煤油供应单元27、煤油加热单元28和废气液处理单元29之间通过输送管路3依次连接，所述煤油供应单元27包括储油箱1、电机泵组2、调节阀21和流量计22，储油箱1通过输送管路3与电机泵组2连接，煤油供应单元27用于提供试验所需冷态煤油，通过电机泵组2和调节阀21能够调节管道内煤油试验压力、流量及流速，流量计22用于监测煤油供应单元27的实时流量。
16.封闭试验舱5内设有煤油加热单元28，封闭试验舱5能够保证试验安全，煤油加热单元28是在封闭试验舱5内依次连接有预热段6、测量段7和试验段8，预热段6、测量段7试验段8均为合金管路。所述煤油供应单元27末端通过输送管路3与预热段6连通、且该输送管路3上依次设有调节阀21和流量计22，调节阀21和流量计22均与测控单元13数据连接。预热段6的两端夹抱有电极ⅰ9、交流电源ⅰ11通过电极ⅰ9与预热段6的两端电性连接，位于电极ⅰ9外侧的预热段6的两端处均设有绝缘接头ⅰ17，交流电源ⅰ11连接电极ⅰ9对预热段6内的煤油进行快速稳定加热，可根据试验温度选择一级加热或多级加热，用于高温试验对于煤油的初步升温，所述绝缘接头ⅰ17采用金属材料及有机绝缘材料组成，用于预热段6两端的绝缘。试验段8的两端夹抱有电极ⅱ10、交流电源ⅱ12通过电极ⅱ10与试验段8的两端电性连接，位于电极ⅱ10外侧的试验段8的两端均设有绝缘接头ⅱ18，交流电源ⅱ12连接电极ⅱ10对试验段8内的煤油进行快速稳定加热，并通过调整试验段8的长度进而控制煤油在热区域内停留的时间，所述绝缘接头ⅱ18采用金属材料及有机绝缘材料组成，用于试验段8两端的绝
缘。所述交流电源ⅰ11和交流电源ⅱ12均与功率分配器电性连接，功率分配器接入测控单元13。测量段7上设有若干压力测点和温度测点、并分别通过测压元件19和测温元件20对压力和温度进行监测，可根据试验需要调整压力测点和温度测点的数量和位置；预热段6和试验段8的进口端及出口端均设有测压元件19和测温元件20，所述测压元件19和测温元件20均与测控单元13数据连接，能够对预热段6出入口和试验段8出入口的实时温度及压力进行监测，以及对测量段7的实时温度和压力进行监测。所述交流电源ⅰ11、交流电源ⅱ12、调节阀21和流量计22均与测控单元13数据连接，试验段8的另一端通过输送管路3与废气液处理单元29连接。
17.与废气液处理单元29相连的管路上设有手阀，能够实现取样的作用，废气液处理单元29包括冷却装置14和废气液分离采集回收装置15，所述试验段8的出口端通过输送管路3与冷却装置14连接，冷却装置14能够防止煤油出口高温烫伤试验人员，冷却装置14的另一端通过输送管路3与废气液分离采集回收装置15连接。废气液分离采集回收装置15包括气体吸附装置和废液罐，均为现有装置，气体通过管路进入气体吸附装置内，液体自动留在废液罐内。
18.安全防护单元4包括泄漏报警系统23、消防系统24和紧急启停系统25，泄漏报警系统23、消防系统24和紧急启停系统25均与测控单元13数据连接，泄漏报警系统23包括主机16和可燃性气体检测仪26，可燃性气体检测仪26、消防系统24和紧急启停系统25均与主机16数据连接，消防系统24包括开关阀和灭火器，通过开关阀控制灭火器的开启和关闭；紧急启停系统25与电机泵组2、调节阀21、交流电源ⅰ11和交流电源ⅱ12连接；紧急启停系统25与煤油供应单元27和煤油加热单元28连接，紧急启停系统25还设有紧急启停按钮，紧急启停按钮与电机泵组2、调节阀21、交流电源ⅰ11和交流电源ⅱ12连接。泄漏报警系统23用于监测煤油泄露的情况，当监测到煤油泄露或爆炸燃烧后，消防系统24启动灭火器对本装置进行降温、灭火，紧急启停系统25启动并使本装置紧急停止，此时电机泵组2、调节阀21、交流电源ⅰ11和交流电源ⅱ12均不再运作；当试验发生其他不可控的因素时，可利用紧急启停按钮对装置进行一键急停。
19.使用本装置进行试验时，打开电机泵组2将储油箱1内的煤油输送至煤油加热单元28内，同时根据试验需要，可通过电机泵组2和调节阀21对煤油试验压力、流量及流速进行调整，同时利用流量计22对煤油流量进行实时监测。煤油进入预热段6后，通过交流电源ⅰ11对煤油进行初步升温，并通过测压元件19和测温元件20实时监测预热段6进出口处的温度和压力；煤油通过预热段6后，依次经过测量段7和试验段8，同时测压元件19和测温元件20对测量段7各个压力测点和温度测点的压力及温度进行实时监测，并监测试验段8进出口处的温度和压力，加热到一定温度能够使煤油发生裂解，并且通过调整试验段8管路长度控制煤油在热区域停留时间，可以使煤油处于不同的加热时间和加热温度下，同时电机泵组2能够提供高压环境，通过监测到的流量、压力和温度数据能够得到煤油在高温高压下的流动传热情况。煤油流出试验段8后，使用手阀对试验后的煤油进行取样、采集煤油裂解试验产物并分析其成分，能够对煤油在高温高压下的结焦特性进行研究，采集完毕后通过废气液分离采集回收装置15回收废气、液。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明
对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。