一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置

1.本发明涉及一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置，属于碳氢燃料氧化结焦的能源及材料化学领域。


背景技术：

2.在航空发动机中，燃料既要作为推进剂燃烧做功，又要作为冷却剂对燃烧室提供主动冷却。为解决其推进和冷却问题，提出了利用吸热型碳氢燃料作为冷却剂的主动冷却方法。吸热型碳氢燃料主要由烷烃类组成，除了其本身存在物理热沉，在燃料转变为气相时还会发生裂解反应吸收热量，大幅度增强冷却能力。当碳氢燃料处于高温环境或存在溶解氧时会发生氧化反应，导致不溶物产生，这些不溶物沉积后就形成结焦。这种在高温通道内或壁面上结焦以及焦炭颗粒的积聚和沉积问题是目前航空发动机冷却技术发展需要克服的主要难题。
3.碳氢燃料的结焦过程较为复杂，除了燃料从液态转变为气态的相态变化外，还伴随着化学反应、传热传质等过程。由于现阶段对碳氢燃料结焦过程的研究大多针对管道内部的稳态过程，而缺少合适的原位观测系统对整个过程进行可视化动态研究，所以设计出能够分析加热条件下的燃油结焦变化情况，对于抑制或延迟结焦方法的研究有着十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明为解决目前设备无法可视化观测碳氢燃料液滴在加热平板上氧化结焦过程的问题，进而提出一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置
5.本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括水平调节平台，水平调节平台是水平设置的矩形板体；所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括实验腔体、两个高速相机、实验基底、两个调节机构和两个加热电极；实验腔体设置在水平调节平台上表面的中部，两个所述调节机构呈直角设置在水平调节平台的上表面，每个所述调节机构上均安装一个高速相机，且高速相机的镜头朝向实验腔体，实验基底的中部插装在实验腔体内，两个加热电极分别安装在实验基底的两端。
6.进一步的，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括电极连接螺栓，加热电极通过电极连接螺栓与实验基底的端部可拆卸连接。
7.进一步的，所述调节机构包括导轨滑块和电动丝杠，导轨滑块滑动连接在水平调节平台的一端内，电动丝杠转动连接在水平调节平台上，并与导轨滑块螺纹连接。
8.进一步的，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括高温固定螺栓、实验腔外壁、实验腔侧壁和基底放置孔，实验腔外壁设置在水平调节平台上表面的中部，实验腔侧壁通过高温固定螺栓与实验腔外壁可拆卸连接，基底放置孔设置在实验腔侧壁上，且与实验基底插接，实验腔外壁与实验腔侧壁组合成实验腔体。
9.进一步的，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括燃油注入孔；燃油注入孔设置在实验腔外壁上。
10.进一步的，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括测温孔和观测视窗；测温孔设置在实验腔侧壁上，观测视窗设置在实验腔侧壁上。
11.进一步的，所述实验腔外壁采用45
°
倾斜补光结构。
12.本发明的有益效果是：利用高温加热系统将连接的实验基底的上端面进行加热，并将碳氢燃料液滴滴在实验基底上，利用摄像系统对碳氢燃料液蒸发和氧化结焦的反应过程进行记录，同时可观测金属元素对氧化结焦反应的催化情况，并通过控制高温加热系统来满足装置对不同加热温度、加热压力、燃料组分进行实验的要求。
附图说明
13.图1是本发明的总体示意图；
14.图2是实验腔体示意图；
15.图3是实验腔体的半剖结构图；
16.图4是实验腔侧壁结构示意图；
17.图5是实验腔外壁结构示意图一；
18.图6是实验腔外壁结构示意图二；
19.图7是导轨滑块结构示意图。
具体实施方式
20.具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置包括水平调节平台1，水平调节平台1是水平设置的矩形板体；其特征在于：所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括实验腔体2、两个高速相机4、实验基底5、两个调节机构和两个加热电极6；实验腔体2设置在水平调节平台1上表面的中部，两个所述调节机构呈直角设置在水平调节平台1的上表面，每个所述调节机构上均安装图一个高速相机4，且高速相机4的镜头朝向实验腔体2，实验基底5的中部插装在实验腔体2内，两个加热电极6分别安装在实验基底5的两端。将实验基底5插入实验腔体2内，确保实验时，将需要监测的碳氢燃料液滴滴在实验基底5的上表面的时候，能够利用两个高速相机4对实验的反应过程进行观察与记录，并通过两个加热电极6同时对实验基底5进行加热，使实验基底5的温度能够达到指定数值。
21.具体实施方式二：结合图1至图7说明本实施方式，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括电极连接螺栓11，加热电极6通过电极连接螺栓11与实验基底5的端部可拆卸连接，利用电极连接螺栓11完成对加热电极6的固定，使加热电极6能够固定在实验基底5上，可拆卸的安装方式也方便对实验基底5的更换与加热电极6的维修更换。
22.具体实施方式三：结合图1至图7说明本实施方式，所述调节机构包括导轨滑块3和电动丝杠15，导轨滑块3滑动连接在水平调节平台1的一端内，电动丝杠15转动连接在水平调节平台1上，并与导轨滑块3螺纹连接，通过控制电动丝杠15来驱动导轨滑块3进行移动，
使导轨滑块3移动到指定位置，从而带动导轨滑块3上连接的高速相机4进行移动，使高速相机4能够根据使用者的需求观察指定位置。
23.具体实施方式四：结合图1至图7说明本实施方式，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括高温固定螺栓7、实验腔外壁9、实验腔侧壁10和基底放置孔14，实验腔外壁9设置在水平调节平台1上表面的中部，实验腔侧壁10通过高温固定螺栓7与实验腔外壁9可拆卸连接，基底放置孔14设置在实验腔侧壁10上，且与实验基底5插接，实验腔外壁9与实验腔侧壁10组合成实验腔体2，利用实验腔外壁9对碳氢燃料液滴进行遮挡，避免实验进行的时候飞溅的碳氢燃料液滴对工作人员造成伤害。
24.具体实施方式五：结合图1至图7说明本实施方式，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括燃油注入孔8；燃油注入孔8设置在实验腔外壁9上。利用燃油注入孔8将碳氢燃料液滴注入到实验基底5上，减少工作人员滴加碳氢燃料液滴注入的风险。
25.具体实施方式六：结合图1至图7说明本实施方式，所述一种研究碳氢燃料液滴在高温壁面结焦的动态可视化观测实验装置还包括测温孔12和观测视窗13；测温孔12设置在实验腔侧壁10上，观测视窗13设置在实验腔侧壁10上。利用测温孔12将测温装置插入装置内部，以此来确定装置运转的时候，实验基底5的温度是否满足实验需求，并通过观察视窗13来便于工作人员对实验过程进行观察。
26.具体实施方式七：结合图1至图7说明本实施方式，所述实验腔外壁9采用45
°
倾斜补光结构。补光结构用于增强外部光线强度，为摄像系统提供合适的拍摄环境。
27.实施例
28.使用本装置的时候，利用高温固定螺栓7将实验腔侧壁10固定在实验腔体外壁9上后，将实验基底5插入基底放置孔14，并通过两个电极连接螺栓11分别将两个加热电极6固定在实验基底5的两端上，通过两个加热电极6对实验基底5进行加热，加热到指定温度后，通过燃油注入孔8将碳氢燃料液滴滴入实验基底5上进行实验，并通过改变两个导轨滑块3的位置来带动两个导轨滑块3上连接的高速相机4移动，使两个高速相机4能够对实验装置的任意位置进行观察录像，为了便于工作人员进行观察，在实验腔侧壁10上设置观测视窗13，并通过在实验腔侧壁10上设置测温孔12对实验基底5进行测温，确保温度满足需求。
29.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。