一种定容弹气液燃料混合装置

1.本发明涉及气液燃料混合领域，特别是涉及一种高精度定容弹气液燃料混合装置。


背景技术：

2.内燃机是当下最为广泛使用的动力机械系统，对其燃烧性能的研究直接关乎到内燃机的动力性、经济性以及环境友好性。
3.定容弹光学可视化测试技术通常用来研究内燃机燃油喷射、雾化及其燃烧特性。其装置结构简单，制造成本较低，并且定容弹可以在较大的参数变化范围内对背景压力、温度等参数进行调节，内部空间相比于内燃机来讲较大，适合于喷雾以及燃烧特性的基础研究，是一种被广泛使用的可视化测试技术。
4.当下随着“双碳”战略的提出，定容弹上开展了更多的清洁燃料研究，为实现内燃机高效清洁燃烧，在定容弹上对于清洁燃料的研究多集中于天然气、甲醇以及氨燃料等，对于物理化学性质相似的燃料可以采取直接掺混或配比的方式，但是诸多燃料的物理化学性质差异较大，如气液燃料，而如何实现气液两相的燃料混合成为定容弹可视化研究的一大难点，为解决上述问题，本发明提出了一种定容弹气液燃料混合装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种定容弹气液燃料混合装置，解决了现有定容弹中气液燃料难以混合使用和研究的难题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种定容弹气液燃料混合装置，所述装置包括：气液混合储存容器、传热介质储存容器、加热结构、气体组分分析仪和温控仪；
8.所述气液混合储存容器的气液混合物输出管路上设有所述气体组分分析仪；所述传热介质储存容器包覆所述气液混合储存容器；所述加热结构包覆所述传热介质储存容器；所述温控仪与所述加热结构连接；
9.所述气液混合储存容器存储待混合的液体燃料，所述气液混合储存容器设有气体燃料输送管道通入口；
10.所述温控仪，用于对所述加热结构产生的温度进行控制；
11.所述气体组分分析仪，用于监测所述气液混合储存容器输出的的气液混合物是否达到预设标准；
12.所述传热介质储存容器，用于利用存储的导热介质将所述加热结构产生的热量传递给所述气液混合储存容器，以使所述气液混合储存容器中的所述液体燃料加热气化。
13.可选的，所述气液混合储存容器中的气体燃料输送管道延伸至所述气液混合储存容器的底部。
14.可选的，所述气液混合储存容器为暖壶型结构，底部为平底结构，顶部为三通结构
的密封口。
15.可选的，所述传热介质储存容器与所述加热结构之间设有保温棉。
16.可选的，所述传热介质储存容器和所述加热结构为中空圆柱体结构。
17.可选的，所述传热介质储存容器的顶部设有蜂窝状半月板。
18.可选的，所述加热结构包括陶瓷结构和电阻丝；所述陶瓷结构包裹所述电阻丝。
19.可选的，所述装置还包括：与所述气液混合储存容器连接的气体燃料瓶；所述气体燃料瓶还连接有气动气体增压系统。
20.可选的，所述装置还包括：设于所述气液混合储存容器输出管路端部的喷气结构。
21.可选的，所述装置还包括：高速相机；所述高速相机用于拍摄所述喷气结构喷射出的喷射射流图像。
22.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
23.本发明提供一种定容弹气液燃料混合装置，其中，气液混合储存结构中装入需要混合的液体燃料，其液体燃料需要蒸发的热量由加热结构提供，加热结构加热传热介质储存结构、传热介质储存结构传导热量给气液混合储存结构；传热介质可以是空气、水等物质，气体组分分析仪安装在气液混合储存结构之后，用于检测混合组分是否达到实验标准，温控仪监测加热结构的温度，并控制温度在指定区间。利用加热结构将液态燃料加热气化，气态燃料经过管道通入气液混合储罐底部，燃料在气液混合储罐的充分混合，实现了气液燃料的高精度混合。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提供的一种高精度定容弹气液混合装置应用示意图；
26.图2为本发明实施例提供的一种高精度定容弹气液混合装置示意图；
27.图3为本发明实施例提供的传热介质储罐装置示意图；
28.图4为本发明实施例提供的一体式加热装置示意图；
29.图5为本发明实施例提供的陶瓷保温棉装置示意图；
30.图6为本发明实施例提供的天然气燃料混合丙酮实验的采集图像。
31.符号说明：
32.1、空压机；2、喷气阀；3、喷雾射流；4、高速相机；5、控制柜；6、电脑；7、气体燃料气瓶；8、气动气体增压系统；9、稳压器；10、气体组分分析仪；11、气液混合储罐；12、传热介质储罐；13、一体式加热装置；14、变压器；15、pid温控仪；16、陶瓷保温棉；17、传热介质；18、液体燃料；19、变压器电线接头柱；20、电阻丝；21、三通密封口；22、蜂窝半月板。
具体实施方式
33.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.本发明的目的是提供一种定容弹气液燃料混合装置，解决了现有定容弹中气液燃料难以混合使用和研究的难题。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.实施例
37.如图1和2所示，本实施例提供一种定容弹气液燃料混合装置，所述装置包括：空压机1、喷气阀2(喷气结构)、喷雾射流3、高速相机4、控制柜5、电脑6、气体燃料气瓶7、气动气体增压系统8、稳压器9、气体组分分析仪10、气液混合储罐11(气液混合储存结构)、传热介质储罐12(传热介质储存结构)、一体式加热结构13、变压器14、pid温控仪15。
38.其中，空压机1给气动气体增压系统8供给驱动压力，气体燃料经气动气体增压系统8增压，通过稳压器9稳压，使之达到实验指定压力；
39.与此同时，一体式加热结构由变压器14供电工作，加热传热介质储罐12，传递热量给气液混合储罐11，气液混合储罐11的液体燃料18因吸热气化；变压器14为调节一体式加热装置13电压的系统。一体式加热结构设有变压器电线接头柱19。
40.进一步的，气体燃料瓶的开关打开，气体燃料经管道通入气液混合储罐11底部，气体燃料和气化的液体燃料18在气液混合储罐11上方充分混合；
41.进一步的，气体组分分析仪10工作，监测气液混合气是否达到实验标准，若未达到试验标准，信息反馈到电脑6，工作人员通过加大变压器14电压，增加液体燃料18气化速度，从而增加混合气中液体燃料18浓度；气体组分分析仪10为监测气液燃料混合气是否达到实验要求的系统。
42.进一步的，若气液混合气达到实验标准，则开启实验，工作人员通过控制柜5给予喷气阀2和高速相机4信号，拍摄气液混合气的喷雾射流3。
43.图2-图5高精度定容弹气液混合装置包括气液混合储罐11、传热介质储罐12、一体式加热结构13、陶瓷保温棉16、传热介质17。
44.液体燃料18在实验之前已经装入气液混合储罐11，为保证气体燃料和气化液体燃料18在气液混合储罐11上方的充分混合，因此，液体燃料18每次只装入气液混合储罐11体积的一半。
45.所述的气液混合储罐11外形为暖壶型结构，底部平底，顶部为三通结构的气液混合储罐11密封口，一端接气体燃料管道，另一端接气液燃料混合气出口管道。所述的气体燃料管道一直延伸到气液混合储罐11底部区域。
46.所述的传热介质储罐12外形为圆柱体结构，将整个气液混合储罐11包裹，其内部可添加水等利于导热的介质，顶部设计为蜂窝状半月板22。传热介质储罐12上方盖板设计为蜂窝状半月板22，一方面使得逸散的传热介质17可以加热上方混合气出口，保证气化的液体燃料18不易液化；另一方面防止传热介质17气化剧烈导致溅出，保证实验人员的安全。
47.所述一体式加热及保温装置外形为圆柱体中空结构，其外部为陶瓷结构，内部为电阻丝20。一体式加热装置13将传热介质储罐12的四周包裹，在一体式加热装置13和传热介质储罐12之间安装有陶瓷保温棉16。陶瓷保温棉16的安装使得温度可以保持恒定，减少
了温度的耗散，使得温控系统更加精准。
48.进一步的，一体式加热结构由陶瓷和电阻丝20组成，定制的一体式加热结构由陶瓷将整个电阻丝20包裹，防止触电危险，保证了实验人员的安全；当一体式加热结构供电工作，传递热量给传热介质储罐12，传热介质储罐12内部的传热介质17被加热，导热给气液混合储罐11中的液体燃料18，液体燃料18被加热气化，与通入的气体燃料在气液混合储罐11上方充分混合，从上方的三通密封口21混合气管道连接到喷气阀2。
49.图6为通过本装置混合了气体燃料天然气与液体丙酮，应用平面激光诱导荧光法激发丙酮气体分子在喷气阀2喷射压力为22mpa、1ms之内高速相机4拍摄的高压射流实验图像。本发明的一种应用实例(图6)天然气混合液体丙酮，提供了一种关于高压气体燃料射流具象化的宏观发展特性和微观浓度场特性的研究方法。
50.本实施例具有以下效果：
51.1、利用热传导的方式加热液体燃料18使之气化。
52.2、进气管道设计从气液混合储罐11上方进入，并且气体燃料管道通入液体燃料18底部，保证了气体燃料有充分的时间与气化的液体燃料18混合，并且气体燃料的通入扰动加快了液体燃料18的蒸发，同时液体燃料18起到液封的作用，防止气液混合气进入进气管道。
53.3、蜂窝半月板的设计防止传热介质17的溅出，并且从蜂窝孔逸散出的热量可以起到给上方进气管道预热以及给气液混合气保温的作用。
54.4、一体式加热装置13采取四周环绕方式加热，使得气液混合储罐11的受热区域更大，并且内部加温区域温度更加均匀，防止气液燃料混合气到混合储罐上方的时候温度下降导致混合气液体燃料18的混合浓度下降
55.5、陶瓷保温棉16的加入防止了传热介质17的热量向周围空气耗散过快，从而影响实验效率。
56.6、当下尚无定容弹上气液燃料混合装置，本发明提出的一种高精度定容弹气液燃料混合装置，弥补了这一技术空白。
57.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种定容弹气液燃料混合装置，其特征在于，所述装置包括：气液混合储存容器、传热介质储存容器、加热结构、气体组分分析仪和温控仪；所述气液混合储存容器的气液混合物输出管路上设有所述气体组分分析仪；所述传热介质储存容器包覆所述气液混合储存容器；所述加热结构包覆所述传热介质储存容器；所述温控仪与所述加热结构连接；所述气液混合储存容器存储待混合的液体燃料，所述气液混合储存容器设有气体燃料输送管道通入口；所述温控仪，用于对所述加热结构产生的温度进行控制；所述气体组分分析仪，用于监测所述气液混合储存容器输出的的气液混合物是否达到预设标准；所述传热介质储存容器，用于利用存储的导热介质将所述加热结构产生的热量传递给所述气液混合储存容器，以使所述气液混合储存容器中的所述液体燃料加热气化。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气液混合储存容器中的气体燃料输送管道延伸至所述气液混合储存容器的底部。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气液混合储存容器为暖壶型结构，底部为平底结构，顶部为三通结构的密封口。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传热介质储存容器与所述加热结构之间设有保温棉。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传热介质储存容器和所述加热结构为中空圆柱体结构。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传热介质储存容器的顶部设有蜂窝状半月板。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热结构包括陶瓷结构和电阻丝；所述陶瓷结构包裹所述电阻丝。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述气液混合储存容器连接的气体燃料瓶；所述气体燃料瓶还连接有气动气体增压系统。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：设于所述气液混合储存容器输出管路端部的喷气结构。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：高速相机；所述高速相机用于拍摄所述喷气结构喷射出的喷射射流图像。

技术总结
本发明公开一种定容弹气液燃料混合装置，涉及气液燃料混合领域，包括：气液混合储存容器、传热介质储存容器、加热结构、气体组分分析仪和温控仪；气液混合储存容器的气液混合物输出管路上设有气体组分分析仪；传热介质储存容器包覆气液混合储存容器；加热结构包覆传热介质储存容器；温控仪与所述加热结构连接；气液混合储存容器存储待混合的液体燃料，气液混合储存容器设有气体燃料输送管道通入口。利用加热装置将液态燃料加热气化，气态燃料经过管道通入气液混合储罐中，燃料在气液混合储罐的充分混合，经过气体组分分析仪监测是否达到试验标准，上述装置实现了气液燃料的高精度混合。上述装置实现了气液燃料的高精度混合。上述装置实现了气液燃料的高精度混合。


技术研发人员：董全 夏天峰 倪佐 樊旭 王定文 沈坤
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/13