燃油结焦特性实验系统及燃油结焦特性实验方法

1.本发明涉及燃油结焦测试技术领域，尤其是涉及一种燃油结焦特性实验系统及燃油结焦特性实验方法。


背景技术：

2.对于结焦特性的常用测量法有压差法和烧炭法。压差法测结焦的优点是方便快准确，但由于氧化结焦沉积量较小，以及薄壁材料的热胀冷缩导致流阻的变化大于氧化结焦的影响，因此压差法不适用于氧化结焦的测量。此外，压差法假设结焦在试验段内均匀分布，只能得到结焦总量的结果。烧炭法测结焦的优点是精度较高，基本可将验段内所留的碳类物质全部检测出来，缺点是对其他成分所产生的结焦产物无法测出结果。此外，压差法和烧炭法在单次实验过程中无法获得结焦沿程分布。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种燃油结焦特性实验系统及燃油结焦特性实验方法，以缓解燃油结焦特性实验中沿程结焦分布无法获得的技术问题。
4.第一方面，本发明提供的燃油结焦特性实验系统，包括：高压氮气源、燃油储罐和分段式加热器；
5.所述高压氮气源与所述燃油储罐的气相区流体连通，所述燃油储罐的液相区与所述分段式加热器流体连通；
6.所述分段式加热器包括多个换热管，多个所述换热管首尾依次可拆卸连接，且多个所述换热管依次流体连通。
7.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述高压氮气源与所述燃油储罐之间安装有减压器、第一压力传感器和排气阀中的至少其一。
8.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述燃油储罐与所述分段式加热器之间安装有第一截止阀、过滤器、流量计、调节阀、第一温度传感器和第二压力传感器中的至少其一。
9.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述分段式加热器与回收容器流体连通；
10.所述分段式加热器与所述回收容器之间安装有冷凝器、过滤器、背压阀和第二截止阀中的至少其一。
11.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，任意相邻的两个所述换热管通过四通接头连接，所述四通接头上安装有第二温度传感器和沿程压力扫描阀中的至少其一。
12.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，多个所述换热管的外部包裹有隔热件，每个所述换热管上均套设有加热圈；
13.所述加热圈与所述换热管贴合的一侧安装有第三温度传感器，所述加热圈和所述
第三温度传感器分别与加热控制器连接。
14.第二方面，本发明提供的燃油结焦特性实验方法采用第一方面记载的燃油结焦特性实验系统，且包括以下步骤：
15.测量每个换热管的重量并进行编号，随后按顺序连接多个所述换热管以形成分段式加热器；
16.采用高压氮气源对燃油储罐内的燃油加压，以使燃油依次流经的多个所述换热管；
17.对多个所述换热管分别进行加热；
18.待加热结束拆解所述分段式加热器，并对每个所述换热管进行称重。
19.结合第二方面，本发明提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，在对每个所述换热管进行称重的步骤前，对每个所述换热管的外壁进行酒精擦拭，并对擦拭后的每个所述换热管进行烘干。
20.结合第二方面，本发明提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述燃油结焦特性实验方法还包括：
21.对所述燃油储罐中的燃油进行预热，在燃油达到目标预热温度后，再使预热后的燃油依次通入多个所述换热管中。
22.结合第二方面，本发明提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述待加热结束拆解所述分段式加热器的步骤包括：
23.对所述分段式加热器进行冷却；
24.待所述分段式加热器的温度冷却至低于第一预设温度，逐渐降低换热管内部压力；
25.待所述换热管冷却至第二预设温度，或者，待所述换热管内部压力泄压至预设压力时，对所述分段式加热器进行拆解。
26.本发明实施例带来了以下有益效果：采用高压氮气源与燃油储罐的气相区流体连通，燃油储罐的液相区与分段式加热器流体连通，分段式加热器具有多个换热管，多个换热管首尾依次可拆卸连接，且多个换热管依次流体连通，可对每个换热管在实验前后进行称重比对，从而获知结焦量的沿程分布情况。并且，多个换热管采用可拆卸连接，方便对换热管进行置换或数量增减，实验系统可以反复使用，实验操作效率更高。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的燃油结焦特性实验系统的示意图；
30.图2为本发明实施例提供的燃油结焦特性实验系统的分段式加热器的局部示意图；
31.图3为本发明实施例提供的燃油结焦特性实验系统的分段式加热器的示意图。
32.图标：001-高压氮气源；002-燃油储罐；003-分段式加热器；301-换热管；302-四通接头；303-第二温度传感器；304-沿程压力扫描阀；305-隔热件；306-加热圈；307-第三温度传感器；308-加热控制器；309-数据采集器；004-减压器；005-第一压力传感器；006-排气阀；007-第一截止阀；008-第一过滤器；009-流量计；010-调节阀；011-第一温度传感器；012-第二压力传感器；013-冷凝器；014-第二过滤器；015-背压阀；016-第二截止阀；017-回收容器。
具体实施方式
33.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。
35.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”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相连，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。
36.如图1所示，本发明实施例提供的燃油结焦特性实验系统，包括：高压氮气源001、燃油储罐002和分段式加热器003；高压氮气源001与燃油储罐002的气相区流体连通，燃油储罐002的液相区与分段式加热器003流体连通；分段式加热器003包括多个换热管301，多个换热管301首尾依次可拆卸连接，且多个换热管301依次流体连通。
37.分段式加热器003采用多个首尾依次可拆卸连接的换热管301，实验前后可对每个换热管301进行称重，便于分析沿程结焦量分布情况，并且，可以对换热管301进行置换和数量增减，实验系统可以反复使用，实验操作效率更高。实验时，利用高压氮气源001中的氮气对燃油储罐002内的燃油进行加压，加压后的燃油可通入分段式加热器003，通过分别加热各个换热管301，可以模拟发动机再生冷却过程中冷却通道内温度、热流轴向非均匀分布的特点，进而可以对再生冷却过程中燃料结焦特性进行研究。
38.进一步的，高压氮气源001与燃油储罐002之间安装有减压器004、第一压力传感器005和排气阀006中的至少其一。
39.一些实施方式中，高压氮气源001与燃油储罐002之间安装有减压器004、第一压力传感器005或排气阀006。
40.本实施方式中，高压氮气源001与燃油储罐002之间安装有减压器004、第一压力传
感器005和排气阀006，减压器004用作将高压氮气源001的高压降为燃油储罐002可用的压力，第一压力传感器005用于检测测试燃油储罐002的输入燃料压力，通过排气阀006可在实验后对燃油储罐002进行压力卸载。
41.进一步的，燃油储罐002与分段式加热器003之间安装有第一截止阀007、第一过滤器008、流量计009、调节阀010、第一温度传感器011和第二压力传感器012中的至少其一。
42.一些实施方式中，燃油储罐002与分段式加热器003之间安装有第一截止阀007、第一过滤器008、流量计009、调节阀010、第一温度传感器011或第二压力传感器012。
43.本实施方式中，第一截止阀007、第一过滤器008、流量计009、调节阀010、第一温度传感器011和第二压力传感器012依次安装在燃油储罐002与分段式加热器003之间的管路中，通过第一截止阀007可控制燃油流动通断，通过第一过滤器008可对自燃油储罐002流入分段式加热器003的燃油进行过滤，流量计009检测流入分段式加热器003的燃油流量，通过调控调节阀010的开度，可控制管路中的燃油流量。第一温度传感器011用于检测分段式加热器003入口处的燃油温度，第二压力传感器012用于检测分段式加热器003入口处的燃油压力。
44.进一步的，分段式加热器003与回收容器017流体连通；分段式加热器003与回收容器017之间安装有冷凝器013、第二过滤器014、背压阀015和第二截止阀016中的至少其一。
45.实验后的燃油可存储在回收容器017中，以备对实验后的燃油进行后续分析。通过冷凝器013可对实验后的燃油进行冷却降温，从而确保燃油处于低温安全状态。冷凝器013可采用循环水作为导热介质，从而提高燃油降温效率。通过第二截止阀016可控制回收液路的通断状态，通过背压阀015可调节管路出口压力，进而实现对分段式加热器003内部压力调控，且可在实验后对分段式加热器003进行泄压。
46.如图1、图2和图3所示，任意相邻的两个换热管301通过四通接头302连接，四通接头302上安装有第二温度传感器303和沿程压力扫描阀304中的至少其一。
47.具体的，换热管301、第二温度传感器303和沿程压力扫描阀304分别通过螺纹配合连接于四通接头302，在安装完毕后，第二温度传感器303的探头位于四通接头302的管路交汇处，从而准确检测管路中的燃油温度。通过沿程压力扫描阀304可检测相邻的两个换热管301之间的燃油压力，以此获知燃油在换热过程中的沿程参数，数据采集器309用于采集多个第二温度传感器303和多个沿程压力扫描阀304的测试值。
48.进一步的，多个换热管301的外部包裹有隔热件305，每个换热管301上均套设有加热圈306；加热圈306与换热管301贴合的一侧安装有第三温度传感器307，加热圈306和第三温度传感器307分别与加热控制器308连接。其中，隔热件305包裹在加热圈306和换热管301的外部，隔热件305可采用石棉材质，用以防止热量散失。加热圈306可采用陶瓷加热件，加热圈306可拆卸连接在换热管301上，以便在拆卸分段式加热器003后对每个换热管301进行称重测试。第三温度传感器307用于检测加热圈306贴近换热管301壁面的温度。当第二温度传感器303检测燃油温度低于预设温度时，加热控制器308通过变压器件增大加热圈306两端的电压，从而增大加热圈306的功率，过程中第三温度传感器307可检测加热圈306的加热温度。
49.如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的燃油结焦特性实验方法采用上述实施方式记载的燃油结焦特性实验系统，且包括以下步骤：
50.测量每个换热管301的重量并进行编号，随后按顺序连接多个换热管301以形成分段式加热器003；
51.采用高压氮气源001对燃油储罐002内的燃油加压，以使燃油依次流经的多个换热管301；
52.对多个换热管301分别进行加热；
53.待加热结束拆解分段式加热器003，并对每个换热管301进行称重。
54.具体的，在对多个换热管301分别进行加热时，可对多个换热管301的加热温度分别进行设定，以便模拟发动机再生冷却过程中冷却通道内温度、热流轴向非均匀分布的特点。可以通过拆解分别称量换热管301实验前后的重量，无需对实验管路进行截断，实验系统可以重复使用，相较于截断管路的实验方式具有更便于实验操作，实验成本更低。
55.在本发明实施例中，在对每个换热管301进行称重的步骤前，对每个换热管301的外壁进行酒精擦拭，并对擦拭后的每个换热管301进行烘干，从而可以避免换热管301外壁异物对实验结果产生影响。
56.进一步的，燃油结焦特性实验方法还包括：对燃油储罐002中的燃油进行预热，在燃油达到目标预热温度后，再使预热后的燃油依次通入多个换热管301中。此外，在正式试验前，可调节减压器004为燃油储罐002增压，开启第一截止阀007进行试流；在试流结束后，调节背压阀015，将分段式加热器003内部压力调节至预设的实验压力，并调控调节阀010使流量保持在稳定水平。
57.进一步的，待加热结束拆解分段式加热器003的步骤包括：
58.对分段式加热器003进行冷却；
59.待分段式加热器003的温度冷却至低于第一预设温度，逐渐降低换热管301内部压力；
60.待换热管301冷却至第二预设温度，或者，待换热管301内部压力泄压至预设压力时，对分段式加热器003进行拆解。
61.其中，第一预设温度可设定为100℃或小于100℃的任意温度值，当换热管301内部燃油温度低于100℃后，调节背压阀015逐渐降低分段式加热器003内部燃油压力。第二预设温度采用接近常温的任意温度，待降温至常温后可对待分段式加热器003进行拆解，拆解过程中需要尽量避免过于强烈的震动造成结焦产物的脱落和遗失。
62.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。