碳氫燃料的加熱方法
2023-07-10 03:39:01 2
專利名稱：碳氫燃料的加熱方法
技術領域：
本發明涉及加熱領域，特別地，涉及一種用於碳氫燃料加熱的加熱方法。
背景技術：
碳氫燃料自高壓下加熱後進入超臨界態。此時，將其注入到發動機的燃燒室中，即可瞬間氣化，不需要經過液態碳氫燃料的霧化與蒸發過程，這有利於發動機的快速點火和燃料的完全燃燒。現有技術中通常採用電加熱方式加熱碳氫燃料。然而，由於電功率的限制，利用電加熱方法加熱的碳氫燃料流量不能太高，無法滿足大尺度發動機的使用需求。此外，利用電加熱，成本高。
發明內容
本發明目的在於提供一種碳氫燃料的加熱方法，以解決現有技術加熱方法中燃料流量小，無法滿足大尺度發動機的使用需求及成本高的技術問題。為實現上述目的，根據本發明的一個方畫，提供了一種碳氫燃料的加熱方法，包括如下步驟第一步通過燃燒供能燃料產生高溫高壓燃氣；第二步將高溫高壓燃氣與待加熱的碳氫燃料進行持續的熱交換。進一步地，第二步在一個熱交換器中進行，且熱交換器內設有用於待加熱的碳氫燃料流過的交換管；第二步包括如下階段第一階段使高溫高壓燃氣不斷地流入熱交換器，並同時使待加熱的碳氫燃料不斷的流經交換管，待加熱的碳氫燃料和高溫高壓燃氣進行非穩態的熱交換；第二階段第一階段之後，待加熱的碳氫燃料與高溫高壓燃氣繼續進行熱交換以達到流動平衡與傳熱平衡。進一步地，在第一階段之前，先使高溫高壓燃氣不斷地流入熱交換器，以對熱交換器進行預熱；預熱完成後，再依次進行第一階段和第二階段的熱交換過程。進一步地，在第二階段的整個過程中，高溫高壓燃氣的質量流量和待加熱的碳氫
燃料的質量流量之間的關係式如下Mg = 二其中，Mf為碳氫燃料的質量流量；Cp
J
為碳氫燃料的定壓比熱；Tl為碳氫燃料在熱交換之前的溫度；T2為加熱後的碳氫燃料的目標溫度；Mg為高溫高壓燃氣的質量流量；Cg為高溫高壓燃氣的定壓比熱；Tgl為高溫高壓燃氣沒有與碳氫燃料進行熱交換之前的溫度；Tg2為高溫高壓燃氣與碳氫燃料進行了熱交換之後的溫度。進一步地，高溫高壓燃氣的質量流量為待加熱的碳氫燃料的質量流量的3 8倍。進一步地，在第一步中，還需要加入氧化劑，且使第一步中的推進劑餘氧係數在 0.5 1.0之間。 進一步地，氧化劑為氧氣或者空氣。 進一步地，燃料為乙醇水溶液或者甲醇水溶液。
進一步地，在第一步之前可計算需要的氧化劑和供能燃料的質量流量，具體過程如下首先，根據待加熱的碳氫燃料的質量流量和需要加熱到的目標溫度，計算所需的高溫高壓燃氣的總質量流量；再次，根據選定的高溫高壓燃氣沒有和待加熱的碳氫燃料進行熱交換之前的溫度，再根據熱力計算方法即可算出需要的推進劑餘氧係數，最後根據需要的推進劑餘氧係數和高溫高壓燃氣的總質量流量計算得到需要的氧化劑和供能燃料各自的質量流量。進一步地，待加熱的碳氫燃料的質量流量、需要加熱到的目標溫度及高溫高壓燃氣的總質量流量滿足如下關係Mg' = 二 JJ其中，Mf'為碳氫燃料的質量流量；Cp為
權利要求
1.一種碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，包括如下步驟第一步通過燃燒供能燃料產生高溫高壓燃氣；第二步將所述高溫高壓燃氣與待加熱的碳氫燃料進行持續的熱交換。
2.根據權利要求1所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，所述第二步在一個熱交換器中進行，且所述熱交換器內設有用於所述待加熱的碳氫燃料流過的交換管；所述第二步包括如下階段第一階段使所述高溫高壓燃氣不斷地流入所述熱交換器，並同時使所述待加熱的碳氫燃料不斷的流經所述交換管，所述待加熱的碳氫燃料和所述高溫高壓燃氣進行非穩態的熱交換；第二階段所述第一階段之後，所述待加熱的碳氫燃料與所述高溫高壓燃氣繼續進行熱交換以達到流動平衡與傳熱平衡。
3.根據權利要求2所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，在所述第一階段之前，先使所述高溫高壓燃氣不斷地流入所述熱交換器，以對所述熱交換器進行預熱；預熱完成後， 再依次進行所述第一階段和所述第二階段的熱交換過程。
4.根據權利要求2所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，在所述第二階段的整個過程中，所述高溫高壓燃氣的質量流量和所述待加熱的碳氫燃料的質量流量之間的關係式如下Mg= 5 其中，Mf為所述碳氫燃料的質量流量；Cp為所述碳氫燃料的定壓比ts、b"· b— ^熱；Tl為所述碳氫燃料在熱交換之前的溫度；T2為加熱後的碳氫燃料的目標溫度；Mg為所述高溫高壓燃氣的質量流量；Cg為所述高溫高壓燃氣的定壓比熱；Tgl為所述高溫高壓燃氣沒有與所述碳氫燃料進行熱交換之前的溫度；Tg2為所述高溫高壓燃氣與所述碳氫燃料進行了熱交換之後的溫度。
5.根據權利要求2所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，所述高溫高壓燃氣的質量流量為所述待加熱的碳氫燃料的質量流量的3 8倍。
6.根據權利要求1所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，在所述第一步中，還需要加入氧化劑，且使所述第一步中的推進劑餘氧係數在0. 5 1. 0之間。
7.根據權利要求6所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，所述氧化劑為氧氣或者空氣。
8.根據權利要求6所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，所述燃料為乙醇水溶液或者甲醇水溶液。
9.根據權利要求6所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，在所述第一步之前可計算需要的所述氧化劑和所述供能燃料的質量流量，具體過程如下首先，根據待加熱的碳氫燃料的質量流量和需要加熱到的目標溫度，計算所需的所述高溫高壓燃氣的總質量流量；再次，根據選定的所述高溫高壓燃氣沒有和所述待加熱的碳氫燃料進行熱交換之前的溫度，再根據熱力計算方法即可算出需要的推進劑餘氧係數，最後根據所述需要的推進劑餘氧係數和所述高溫高壓燃氣的總質量流量計算得到需要的所述氧化劑和所述供能燃料各自的質量流量。
10.根據權利要求9所述的碳氫燃料的加熱方法，其特徵在於，所述待加熱的碳氫燃料的質量流量、需要加熱到的目標溫度及所述高溫高壓燃氣的總質量流量滿足如下關係Mg' = ^jf cIdI其中，Mf'為所述碳氫燃料的質量流量；Cp為所述碳氫燃料的定壓比wτ^σ I 1 σι — 1 c*2 /6> ''· (5* Ε>·*"「『，熱；Tl為所述碳氫燃料在熱交換之前的溫度；T2'為加熱後的碳氫燃料的目標溫度；Mg'為所述高溫高壓燃氣的質量流量；Cg為所述高溫高壓燃氣的定壓比熱；Tgl為所述高溫高壓燃氣沒有和所述碳氫燃料進行熱交換之前的溫度；Tg2為所述高溫高壓燃氣和所述碳氫燃料進行了熱交換之後的溫度。
全文摘要
本發明提供了一種碳氫燃料的加熱方法，包括如下步驟第一步通過燃燒供能燃料產生高溫高壓燃氣；第二步將高溫高壓燃氣與待加熱的碳氫燃料進行持續的熱交換。本發明的碳氫燃料的加熱方法通過供能燃料與氧化劑的燃燒反應產生高溫燃氣，可以為熱交換器長時間提供大功率的加熱源，突破了採用電加熱方案時的功率限制，可實現大流量碳氫燃料的加熱，以滿足大尺度超燃衝壓發動機地畫試驗的需求。且本發明的氧化劑為氧氣或者空氣；供能燃料為乙醇水溶液或者甲醇水溶液。因此，本發明的氧化劑和供能燃料是廉價、易得的無毒、無汙染、無腐蝕的「綠色介質」，提高了運行過程中的人員及設備安全性和可靠性，且運行成本低，具有良好的經濟性。
文檔編號F02M31/16GK102425511SQ20111045577
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者丁猛, 劉衛東, 周進, 張建強, 李大鵬, 李慶, 李清廉, 梁劍寒, 王振國, 王翼, 鍾戰 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學