专利名称：碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置及其测定方法
技术领域：
本发明涉及一种碳氢燃料高温裂解产物的密度和流速测定装置及其测定方法，属于工程热物理及燃料物性测试领域。
背景技术：
超燃冲压发动机技术要求一定流量的碳氢燃料在小口径冷却通道中加热并发生相变和裂解反应，吸收发动机燃烧室的热量，从而实现发动机的冷却。冷却通道内径一般在 3mm以下。由于反应存在，高温体系中存在气-液(液体燃料和蒸汽)和气-固(裂解气和结焦微粒)等多相平衡问题，目前尚无一种方法能实现燃料在高温相变和裂解反应过程中流动体系的密度和流速的在线测定。由于燃料分子在高温下得相变和反应，体系的相态、分子量和密度不断发生变化。 由于裂解反应是吸热反应，难以达到化学平衡，所以体系密度和流速除受温度和压力影响外，还受到加热时间的影响。在工程性试验中，随着燃料在管内质量流量的变化，燃料在管内加热段停留时间发生变化，裂解反应开始后，密度受多个参数影响，需要实现不同工程条件下燃料密度的在线测量。差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与与流体密度乘积与流体流量之间有确定的数值关系，在已知密度条件下，通过测量差压值可以求得流体流量。最常用的差压式流量计是由产生差压的装置和差压计组合而成。产生差压的节流装置有多种型式，如孔板、喷嘴、文丘利管等。差压流量计已经广泛用于液体和非反应气相低温介质流量的测定，如我国的流量计标准“用标准孔板流量计测量天然气流量” (GB/T 21446-2008)，“流量测量节流装置” (GB/T 2624-1993)和液体燃料流量测定的孔板流量计(王朋军，火箭推进，2005，31，50)。现有的孔板流量计管道内径一般要求50mm以上(GB/T 21446-2008)，而用于超燃冲压发动机冷却的燃料通道一般在3mm以下，目前的已开发成熟的孔板流量计不能适应这种工况。另一方面，常温液体燃料的质量流量测定已有成熟技术，可选用商品化质量流量计来实现冷态条件下得流体质量流量的测定。本发明的基本思想就是将冷态条件下的质量流量测定和高温条件下的孔板差压信号测定联合起来，开发一种小口径孔板装置，建立小口径管道内燃料高温裂解过程介质密度和流速的在线测定方法。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足而提供一种碳氢燃料高温裂解产物的密度和流速测定装置及其在线测定方法，其特点是将成熟的冷态液体质量流量测定与小口径管道节流孔板取压方法联合起来，实现高温(1200K以下)、超临界和亚临界(0. 1 6MPa)多相
权利要求
1.一种碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置，其特征在于该测定装置由加压气源(1)通过针型阀( 与储油罐C3)连接，储油罐通过流量调节阀，质量流量计(5) 与加热管(6)连接，加热管与孔板取压装置(11)连接，孔板取压装置经冷凝器(1 与背压阀(13)连接。
2.如权利要求1所述碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置，其特征在于孔板取压装置(11)上设压差变送器(10)，前端设压力表(9)和热电偶(8)，孔板取压装置的节流孔直径为1. 5-5mm。
3.如权利要求1所述碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置，其特征在于加热管接交流电源(7)。
4.如权利要求1所述碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置，其特征在于储油罐(3)上设进油口，储油罐下设出油口。
5.如权利要求1所述碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置，其特征在于冷凝器(1 下设进水口，冷凝器上设出水口。
6.如权利要求1 5之一所述碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置的测定方法包括以下步骤1)通过加压方式使液态燃料以0.2 4m/s的流速进入超临界裂解加热管(6)，实现 1200K以下的高温、0. 1 6MPa的超临界和亚临界裂解；2)用质量流量计( 测定液态燃料的质量流量；3)开启电加热系统，对燃料管路进行加热，使之发生相变和裂解反应；4)用压力表(9)和热电偶⑶测量孔板前端介质压力和温度；5)用孔板取压装置(11)和微差压计测量孔板前后差压；6)通过数据采集软件按不低于1次/s的频率采集上述参数；7)孔板取压装置获得的差压值△P和质量流量计测定的质量流量^相结合，计算燃料多相流和裂解产物的密度P和流速，即
7.如权利要求1所述碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置，其特征在于该测定装置用于超燃冲压发动机主动冷却系统、石油、化工和冶金领域的高温反应和多相流动体系的密度和流速测量。
全文摘要
本发明公开了一种碳氢燃料超临界裂解产物的密度和流速测定装置及测定方法，其特点是该测定装置由加压气源(1)通过针型阀(2)与储油罐(3)连接，储油罐通过流量调节阀(4)，质量流量计(5)与加热管(6)连接，加热管与孔板取压装置(11)连接，孔板取压装置(11)上设压差变送器(10)，孔板取压装置的节流孔直径为1.5-5mm。本发明在质量流量测定技术的基础上，开发非标准小口径的孔板取压装置，实现小管径内高温多相反应介质的密度和流速测量，解决了超燃冲压发动机主动冷却系统超临界裂解等工程研究中的介质密度和流速的在线测量问题。
文档编号G01P5/14GK102507375SQ201110351008
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者朱权, 李翔, 李象远, 王健礼, 王军, 高敏 申请人:四川大学, 成都航利阀门成套设备有限公司