燃油加热系统及燃油加热方法技术方案

本发明专利技术提供了一种燃油加热系统及燃油加热方法，涉及燃油加热技术领域，本发明专利技术提供的燃油加热系统，包括：氮气源、恒温燃油容器和加热组件；氮气源与恒温燃油容器的气相区流体连通，恒温燃油容器的液相区与加热组件流体连通；加热组件具有加热通道，沿加热通道依次设置多个加热元件。本发明专利技术提供的燃油加热系统及燃油加热方法，可实现加热通道内各区域温度、热流非均匀分布，能够模拟发动机再生冷却过程，适用于对再生冷却过程对喷注造成影响的研究。究。究。

【技术实现步骤摘要】
燃油加热系统及燃油加热方法


[0001]本专利技术涉及燃油加热
，尤其是涉及一种燃油加热系统及燃油加热方法。

技术介绍

[0002]火箭发动机可用于航天飞行器的推进和导弹等武器的飞行，超燃冲压发动机可实现飞行器在大气环境内的高超声速飞行，旋转爆震发动机可用于未来高超声速飞行器在大气环境内的飞行。火箭发动机在工作过程中，燃烧室温度极高甚至可以超过3000K，超过已有结构材料的承受极限。将燃油作为再生冷却剂对燃烧室壁面进行主动冷却，一方面可以有效解决飞行器的热防护问题，另一方面可以提高燃料能量，直接以超临界态/气态与来流空气混合，省去雾化过程，提高发动机的比冲推力性能。燃油在近临界和超临界态下有着不同于液态或气态燃油的物理性质，在冷却通道内流动过程中会发生剧烈的物性变化进而对燃油的喷注产生影响。
[0003]为了研究以超临界燃油为燃料的发动机工作过程，需要在发动机地面测试条件下把燃油加热至超临界状态，以研究燃油在不同换热条件、喷注压力、温度下的喷注特性，从而还原实际发动机再生冷却工作过程对喷注的影响。
[0004]然而，在发动机实际工作过程中，冷却通道内温度和热流在不同位置有着不同的分布，而现有的超临界燃油供应系统基本忽略了燃油在加热段换热至超临界态过程中热流、温度的时间非定常性和空间非均匀性。在燃油加热过程受热不均或温度升高太快时，燃油结焦量将会增大，不仅影响再生冷却过程对喷注造成影响的试验研究，而且燃油结焦会影响后续燃油的加热效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种燃油加热系统及燃油加热方法，以模拟再生冷却换热过程，适用于对再生冷却过程对喷注影响的研究。
[0006]第一方面，本专利技术提供的燃油加热系统，包括：氮气源、恒温燃油容器和加热组件；
[0007]所述氮气源与所述恒温燃油容器的气相区流体连通，所述恒温燃油容器的液相区与所述加热组件流体连通；
[0008]所述加热组件具有加热通道，沿所述加热通道依次设置多个加热元件。
[0009]结合第一方面，本专利技术提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述加热组件包括：换热管、多个燃油测温传感器和多个加热元件；
[0010]所述换热管的内腔作为所述加热通道，多个所述加热元件沿所述换热管依次排列，并与所述换热管接触；
[0011]多个所述燃油测温传感器沿所述换热管依次排列，且所述燃油测温传感器的测温探头伸入所述加热通道内。
[0012]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述加热组件还包括：控制器和多个壁面温度传感器；
[0013]多个所述壁面温度传感器的位置与多个所述加热元件的位置一一对应，所述壁面温度传感器用于检测所述换热管的温度；
[0014]多个所述加热元件、多个所述燃油测温传感器和多个所述壁面温度传感器分别与所述控制器连接。
[0015]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述换热管的外部包裹有隔热件。
[0016]结合第一方面，本专利技术提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述氮气源与所述恒温燃油容器之间安装有减压器、第一压力传感器和排放阀中的至少其一。
[0017]结合第一方面，本专利技术提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述恒温燃油容器与所述加热组件之间安装有截止阀、过滤器、流量计、调节阀和第一温度传感器中的至少其一。
[0018]结合第一方面，本专利技术提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述加热组件与喷注器流体连通，所述加热组件与所述喷注器之间安装有第二温度传感器和第二压力传感器中的至少其一。
[0019]第二方面，本专利技术提供的燃油加热方法采用第一方面记载的燃油加热系统，且包括以下步骤：
[0020]设定恒温燃油容器的第一目标温度T0；
[0021]设定加热组件中加热通道各区域的第二目标温度T
i
，沿所述加热通道所述第二目标温度T
i
符合sigmoid函数，且该sigmoid函数存在二阶导数；
[0022]通过氮气源加压所述恒温燃油容器中的燃油，并使燃油自所述恒温燃油容器流入所述加热通道。
[0023]结合第二方面，本专利技术提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第二目标温度T
i
符合以下计算公式：
[0024][0025]其中，i＝1,2,3
···
k，k为所述加热通道内区域分段数量。
[0026]结合第二方面，本专利技术提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述燃油加热方法包括：
[0027]当所述加热通道内任一区域的燃油温度低于该区域对应的第二目标温度T
i
时，控制该区域对应的加热元件加热燃油；
[0028]当所述加热通道内任一区域的燃油温度大于等于该区域对应的第二目标温度T
i
时，控制该区域对应的加热元件停止加热。
[0029]本专利技术实施例带来了以下有益效果：采用氮气源与恒温燃油容器的气相区流体连通，恒温燃油容器的液相区与加热组件流体连通，加热组件具有加热通道，沿加热通道依次设置多个加热元件，通过加热元件可实现加热通道内各区域温度、热流非均匀分布，能够模拟发动机再生冷却过程，适用于对再生冷却过程对喷注造成影响的研究。
[0030]为使本专利技术的上述目的、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
[0031]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施方式，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。
[0032]图1为本专利技术实施例提供的燃油加热系统的示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例提供的燃油加热系统的加热组件的示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例提供的燃油加热系统中换热管各加热段的目标温度分布曲线。
[0035]图标：001
‑
氮气源；002
‑
恒温燃油容器；003
‑
加热组件；301
‑
加热通道；310
‑
加热元件；320
‑
换热管；330
‑
燃油测温传感器；340
‑
控制器；350
‑
壁面温度传感器；360
‑
隔热件；004
‑
减压器；005
‑
第一压力传感器；006
‑
排放阀；007
‑
截止阀；008
‑
过滤器；009
‑
流量计；010
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃油加热系统，其特征在于，包括：氮气源(001)、恒温燃油容器(002)和加热组件(003)；所述氮气源(001)与所述恒温燃油容器(002)的气相区流体连通，所述恒温燃油容器(002)的液相区与所述加热组件(003)流体连通；所述加热组件(003)具有加热通道(301)，沿所述加热通道(301)依次设置多个加热元件(310)。2.根据权利要求1所述的燃油加热系统，其特征在于，所述加热组件(003)包括：换热管(320)、多个燃油测温传感器(330)和多个加热元件(310)；所述换热管(320)的内腔作为所述加热通道(301)，多个所述加热元件(310)沿所述换热管(320)依次排列，并与所述换热管(320)接触；多个所述燃油测温传感器(330)沿所述换热管(320)依次排列，且所述燃油测温传感器(330)的测温探头伸入所述加热通道(301)内。3.根据权利要求2所述的燃油加热系统，其特征在于，所述加热组件(003)还包括：控制器(340)和多个壁面温度传感器(350)；多个所述壁面温度传感器(350)的位置与多个所述加热元件(310)的位置一一对应，所述壁面温度传感器(350)用于检测所述换热管(320)的温度；多个所述加热元件(310)、多个所述燃油测温传感器(330)和多个所述壁面温度传感器(350)分别与所述控制器(340)连接。4.根据权利要求2所述的燃油加热系统，其特征在于，所述换热管(320)的外部包裹有隔热件(360)。5.根据权利要求1所述的燃油加热系统，其特征在于，所述氮气源(001)与所述恒温燃油容器(002)之间安装有减压器(004)、第一压力传感器(005)和排放阀(006)中的至少其一。6.根据权利要求1所述的燃油加热系统，其特征在于，所述恒温燃油容器(002)...

【专利技术属性】
技术研发人员：田辉，谭广，蔡国飙，邢楷，李心瞳，高竞飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：