一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置的制作方法

1.本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置。


背景技术：

2.发动机、燃气轮机燃烧室使用的燃料通常为大分子，在使用时需要进行雾化或蒸发成为气态进而点火引发燃烧过程。分子越小、反应速率越快，越容易发生燃烧，能量利用率也更高，因此将大分子气体裂解为小分子参与燃烧、点火过程具有重要意义，尤其在极端条件下(高原、高寒、低气压等)，点火过程容易发生失败，亟需能够在低温条件下实现大分子气体裂解的技术。通过气体放电的方式形成低温等离子体(气体分子温度低而电子温度极高)，可以有效地实现大分子气体裂解。
3.与本发明近似的实现方案包括介质阻挡放电等离子体裂解器、火花等离子体裂解器、滑动电弧等离子体裂解器等等。其中介质阻挡放电裂解器的原理是在两个电极之间放置绝缘介质，给电极施加高压后，气体间隙中会形成大面积等离子体放电从而起到裂解气体的作用；火花等离子体裂解器通常是在两个电极之间直接施加脉冲电压形成火花等离子体；滑动电弧等离子体裂解器通过在两个电极之间施加直流或者交流电压形成高温等离子体区域，引起气体分子的热裂解。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置，解决现有技术中大分子气体在极端条件下难以充分裂解的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置，包括放电管结构，放电管结构包括石英玻璃管，石英玻璃管的两端分别固定有高压电极与低压电极，且高压电极与低压电极均有一部分处于石英玻璃管内，石英玻璃管靠近高压电极的一侧设置有进气管道，石英玻璃管靠近低压电极的一侧设置有出气管道；
7.高压电极通过正极电缆连接有高压脉冲电源，低压电极通过负极电缆接地；
8.放电管结构还包括包覆石英玻璃管、高压电极以及低压电极的屏蔽层。
9.作为本发明的进一步方案，屏蔽层的外部包覆有一层泡沫阻燃材料。
10.作为本发明的进一步方案，进气管道通过管道连接有相互并联的待裂解大分子气体容器以及加热装置，加热装置的进气口与惰性气体容器相连接，加热装置用于对惰性气体进行加热。
11.作为本发明的进一步方案，待裂解大分子气体容器与进气管道连接的管道上设置有第一流量控制器，加热装置与进气管道连接的管道上设置有第二流量控制器。
12.作为本发明的进一步方案，进气管道的进气口与出气管道的出气口处分别安装有进气口压力探针以及出气口压力探针，分别用于对进气管道的进气口与出气管道的出气口
处的压力进行监测。
13.作为本发明的进一步方案，出气管道通过管道与真空泵连接，出气管道与真空泵连接的管道上设置有气阀。
14.作为本发明的进一步方案，该低温裂解装置的工作方法为：
15.第一步，真空泵工作，通过加热装置对惰性气体进行加热，并将加热后的惰性气体导入石英玻璃管内，对管道结构以及石英玻璃管进行加热，当石英玻璃管内的温度达到预设值时，关闭第二流量控制器，同时开启第一流量控制器，将大分子燃料气体导入石英玻璃管内；
16.第二步，开启高压脉冲电源，对大分子燃料气体进行裂解，在完成裂解工作后，关闭第一流量控制器，同时开启第二流量控制器，通过惰性气体排出石英玻璃管内的燃料气体，同时通过提升石英玻璃管内的惰性气体流速，能够对石英玻璃管内的冷凝液排出。
17.本发明的有益效果：
18.1、本发明通过在石英玻璃管区域内形成会形成含有大量激发态分子原子和离子的等离子体区域，从而对燃料大分子实现裂解，这个过程能够在低温低压等极端环境下进行，降低了对于环境的要求，提升了整个裂解装置对于环境的适应性；
19.2、本发明通过将加热后的惰性气体冲洗石英玻璃管，将石英玻璃管41内的空气排出，在石英玻璃管内形成惰性气体气氛，另外高温惰性气体能够对石英玻璃管以及管道结构进行加热处理，使石英玻璃管能够达到预设的温度，避免蒸发的燃料气体在进入管道以及石英玻璃管内后冷凝形成液态的燃料，对后续的低温裂解造成影响。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
21.图1是本发明一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置的结构示意图；
22.图2是本发明放电管结构的结构示意图；
23.图中：1、待裂解大分子气体容器；2、加热装置；3、进气口压力探针；4、放电管结构；5、出气口压力探针；6、气阀；7、真空泵；41、石英玻璃管；42、高压电极；43、低压电极；44、进气管道；45、出气管道；46、屏蔽层；47、正极电缆；48、负极电缆；21、第二流量控制器；11、第一流量控制器。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置，如图1、图2所示，包括放电管结构4，放电管结构4包括石英玻璃管41，石英玻璃管41的两端分别固定有高压电极42与低压电极43，且高压电极42与低压电极43均有一部分处于石英玻璃管41内，石英玻璃管41靠近高压电极42的一侧设置有进气管道44，石英玻璃管41靠近低压电极43的一侧设置
有出气管道45；
26.高压电极42通过正极电缆47连接有高压脉冲电源，低压电极43通过负极电缆48接地；
27.放电管结构4还包括包覆石英玻璃管41、高压电极42以及低压电极43的屏蔽层46；
28.工作时，打开高压脉冲电源，高压电极42上会形成脉冲电压与强磁场，通过进气管道44向石英玻璃管41内输入待裂解的大分子气体，此时强电场会将管内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波并向低压端运动，电离波在运动的过程中，会形成含有大量激发态分子原子和离子的等离子体区域，即石英玻璃管41内的空腔区域，当电离波抵达低压端时，毛细管中的电场等于高压电极42与低压电极43之间的电势差和石英玻璃管41之间的长度之比，极高的电场将能够使大分子气体迅速裂解，并通过出气管道45排出；
29.在本发明的一个实施例中，屏蔽层46的外部包覆有一层具有良好弹性的耐高温阻燃材料，具体的，可以是泡沫材料或橡胶材料；起到良好的缓冲保护效果，对脆弱的石英材料进行保护；
30.进气管道44通过管道连接有待裂解大分子气体容器1以及加热装置2，待裂解大分子气体容器1以及加热装置2并联连接，待裂解大分子气体容器1与进气管道44连接的管道上设置有第一流量控制器11，加热装置2与进气管道44连接的管道上设置有第二流量控制器21；
31.待裂解大分子气体容器1内容纳有燃料气体，其中燃料气体可以为正常使用时为气态的燃料或通过加热蒸发成为气态的燃料；
32.加热装置2用于对惰性气体进行加热，并将加热后的惰性气体传输进入石英玻璃管41内，以排除石英玻璃管41内的空气，避免发生燃爆危险事故，加热装置2的进气口与惰性气体容器相连接；
33.作为本发明的进一步方案，进气管道44的进气口与出气管道45的出气口处分别安装有进气口压力探针3以及出气口压力探针5，分别用于对进气管道44的进气口与出气管道45的出气口处的压力进行监测；
34.出气管道45通过管道与真空泵7连接，出气管道45与真空泵7连接的管道上设置有气阀6，真空泵7为整个低温裂解装置内的气体流动提供动力；
35.本发明所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的大分子气体低温裂解装置的工作方法为：
36.第一步，真空泵7工作，通过加热装置2对惰性气体进行加热，并将加热后的惰性气体导入石英玻璃管41内，管道结构进行加热，当石英玻璃管41内的温度达到预设值时，关闭第二流量控制器21，同时开启第一流量控制器11，将大分子燃料气体导入石英玻璃管41内；
37.第二步，开启高压脉冲电源，对大分子燃料气体进行裂解，在完成裂解工作后，关闭第一流量控制器11，同时开启第二流量控制器21，通过惰性气体排出石英玻璃管41内的燃料气体，同时通过提升石英玻璃管41内的惰性气体流速，能够对石英玻璃管41内的冷凝液排出；
38.本发明通过将加热后的惰性气体冲洗石英玻璃管41，将石英玻璃管41内的空气排出，在石英玻璃管41内形成惰性气体气氛，另外高温惰性气体能够对石英玻璃管41以及管道结构进行加热处理，使石英玻璃管41能够达到预设的温度，避免蒸发的燃料气体在进入
管道以及石英玻璃管41内后冷凝形成液态的燃料，对后续的低温裂解造成影响；
39.本发明通过在石英玻璃管41区域内形成会形成含有大量激发态分子原子和离子的等离子体区域，从而对燃料大分子实现裂解，这个过程能够在低温低压等极端环境下进行，降低了对于环境的要求，提升了整个裂解装置对于环境的适应性。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。