用于plif流場(chǎng)診斷示蹤劑的產(chǎn)生、注入的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種示蹤劑的產(chǎn)生、注入的裝置及方法，屬于激光光譜應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PLIF【平面激光誘導(dǎo)焚光技術(shù)，Planner Laser Induced Fluorescence】作為一種激光光譜技術(shù)，目前主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的高速燃燒場(chǎng)診斷。
[0003]在發(fā)動(dòng)機(jī)的研究過程中，燃料和氧化劑的充分混合是產(chǎn)生燃燒的必要條件。而燃料與氧化劑混合的均勻性，當(dāng)量比等特性會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约盎鹧娴姆€(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。因此，對(duì)于混合燃?xì)膺M(jìn)行高時(shí)間，高空間分辨率的定量測(cè)量是研制發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵所在。而傳統(tǒng)測(cè)量方法，如老式探針測(cè)試法，對(duì)于原有流場(chǎng)產(chǎn)生干擾，測(cè)量的時(shí)間分辨率也較低，應(yīng)用范圍有限。PLIF診斷技術(shù)憑借其測(cè)量手段的非接觸性以及較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率，可以用來定量的診斷高速變化的濃度場(chǎng)與溫度場(chǎng)。
[0004]PLIF診斷技術(shù)的示蹤劑主要分為氣態(tài)示蹤劑和液態(tài)示蹤劑。氣態(tài)示蹤劑主要包括N0，S02等，氣態(tài)示蹤劑最大的優(yōu)勢(shì)在于易于投放到觀測(cè)的流場(chǎng)之中。然而由于氣態(tài)示蹤劑的激光激發(fā)波長較為特殊，產(chǎn)生特定波長的相關(guān)設(shè)備較為復(fù)雜，而且部分氣態(tài)示蹤劑有不同程度的毒性，所以應(yīng)用受到很大限制。
[0005]液態(tài)的PLIF示蹤劑，如丙酮，甲苯等擁有較大的吸收截面，無毒，而且用于激發(fā)示蹤劑的激光較易獲得，激光相關(guān)設(shè)備簡單，可靠性高。所以液態(tài)示蹤劑是應(yīng)用較為廣泛的示蹤劑。
[0006]然而液態(tài)示蹤劑在標(biāo)準(zhǔn)狀況條件下為液態(tài)，需要通過一些技術(shù)手段使其變?yōu)闅鈶B(tài)示蹤劑，以便于實(shí)驗(yàn)投放。一般情況下想要得到固定濃度的示蹤劑蒸汽并不方便。而某些特定實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如高壓，真空，高溫等特殊實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)于投放的氣態(tài)示蹤劑溫度，壓力和濃度都有一定要求，以防止其發(fā)生液化。目前，在利用PLIF診斷技術(shù)對(duì)混合燃?xì)膺M(jìn)行高時(shí)間，高空間分辨率的定量測(cè)量的過程中，因無法精準(zhǔn)確定混合蒸汽的溫度，氣壓和濃度而影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決在利用PLIF診斷技術(shù)對(duì)混合燃?xì)膺M(jìn)行高時(shí)間，高空間分辨率的定量測(cè)量的過程中，因無法精準(zhǔn)確定混合蒸汽的溫度，氣壓和濃度而影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性的問題，進(jìn)而提出一種用于PLIF流場(chǎng)診斷示蹤劑的產(chǎn)生、注入的裝置及方法。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0009]—種用于PLIF流場(chǎng)診斷示蹤劑的產(chǎn)生、注入的裝置，所述裝置包括發(fā)生罐、混氣罐、真空栗、稀釋氣體瓶、第一壓力計(jì)、第一熱電偶、第二壓力計(jì)、第二熱電偶、第一輸氣管道、第二輸氣管道、第三輸氣管道、第四輸氣管道、球閥、三個(gè)針閥、多個(gè)第一加熱圈和多個(gè)第二加熱圈；
[0010]所述發(fā)生罐通過第一輸氣管道與混氣罐相連通，所述發(fā)生罐上設(shè)置有第一熱電偶，所述混氣罐上設(shè)置有第二熱電偶，所述第一輸氣管道上安裝有第一壓力計(jì)，所述混氣罐通過第三輸氣管道與稀釋氣體瓶相連通，所述第三輸氣管道上連通有第四輸氣管道的一端，所述第四輸氣管道的另一端連通有真空栗，所述第四輸氣管道上設(shè)置有球閥，所述第二輸氣管道的一端與混氣罐相連通，所述第二輸氣管道的另一端為朝向?qū)嶒?yàn)工作環(huán)境的氣體出口端，第二輸氣管道上設(shè)置有第二壓力計(jì)，所述第一輸氣管道、第二輸氣管道和第三輸氣管道上各設(shè)置有一個(gè)針閥，所述發(fā)生罐上纏繞有多個(gè)第一加熱圈，所述混氣罐上纏繞有多個(gè)第二加熱圈。
[0011]—種利用【具體實(shí)施方式】四所述裝置實(shí)現(xiàn)用于PLIF流場(chǎng)診斷示蹤劑的產(chǎn)生、注入的方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]步驟一:純示蹤劑蒸汽的形成:首先將液體示蹤劑放入發(fā)生罐中，關(guān)閉第二輸氣管道和第三輸氣管道上的針閥，分別打開球閥和第一輸氣管道上的針閥，啟動(dòng)真空栗，通過真空栗抽空發(fā)生罐、混氣罐和第一輸氣管道內(nèi)的氣體使發(fā)生罐、混氣罐和第一輸氣管道內(nèi)處于真空狀態(tài)，然后依次關(guān)閉第一輸氣管道上的針閥、球閥及真空栗，利用發(fā)生罐外纏繞的多個(gè)第一加熱圈使發(fā)生罐內(nèi)的溫度維持在290?1200K，經(jīng)過15?30min后，液體示蹤劑在發(fā)生罐內(nèi)揮發(fā)產(chǎn)生純示蹤劑蒸汽，此時(shí)第一熱電偶顯示溫度ST1，第一壓力計(jì)上顯示的壓力值SP1，該氣壓值P1S飽和蒸汽壓，關(guān)系滿足安托因方程log P1=A-Bzi(TdC)，其中A、B和C均為物質(zhì)的Antonie常數(shù)；
[0013]步驟二:調(diào)試混合氣體濃度的過程:啟動(dòng)混氣罐外的多個(gè)第二加熱圈進(jìn)行加熱，使第二熱電偶顯示溫度達(dá)到與第一熱電偶顯示溫度T1同溫時(shí)，開啟第一輸氣管道上的針閥，使純示蹤劑蒸汽進(jìn)入混氣罐中，當(dāng)混氣罐上設(shè)置的第二壓力計(jì)所顯示壓強(qiáng)值穩(wěn)定且與第一壓力計(jì)上顯示的壓力值?:相同時(shí)，關(guān)閉第一輸氣管道上的針閥后打開第三輸氣管道上的針閥，通過調(diào)節(jié)第三輸氣管道上的針閥控制從稀釋氣體瓶進(jìn)入混氣罐內(nèi)惰性氣體的流量，同時(shí)時(shí)刻監(jiān)測(cè)第二壓力計(jì)所顯示的讀數(shù)P2，最終得到的混合氣體中示蹤劑濃度即為PVP2;整個(gè)步驟二過程保持混氣罐內(nèi)的溫度T1不變；
[0014]步驟三:根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV= nRT，在步驟二的基礎(chǔ)上，對(duì)示蹤劑濃度為P1/P2的混合氣體進(jìn)行加熱，使第二熱電偶顯示溫度變化達(dá)到所需要的溫度T，最終得到符合實(shí)驗(yàn)要求的濃度為A，溫度為T和氣壓為P的混合氣體；
[0015]步驟四:混合氣體的注入過程:通過減壓閥和氣體質(zhì)量流量計(jì)的調(diào)控，將配制好的混合氣體以低于1slpm的流量投放到實(shí)驗(yàn)觀察區(qū)域中。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明利用示蹤劑飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系以及理想氣體狀態(tài)方程，在混氣罐部分通過沖入稀釋氣體以及加熱圈加熱的功能，得到所需要的，擁有合適濃度，溫度與壓強(qiáng)的示蹤劑混合氣體。
[0018]2、本發(fā)明設(shè)計(jì)利用示蹤劑飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系以及理想氣體狀態(tài)方程，研制了氣態(tài)PLIF示蹤劑的產(chǎn)生、注入的裝置，該裝置中發(fā)生罐為產(chǎn)生示蹤劑蒸汽的示蹤劑發(fā)生罐，通過對(duì)其配備的第一熱電偶和第一壓力計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)生罐內(nèi)示蹤劑蒸汽溫度和壓力的測(cè)定;混氣罐為示蹤劑蒸汽與惰性氣體形成混合氣體用的罐體，通過第二熱電偶和第二壓力計(jì)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體溫度和壓力的測(cè)定。發(fā)生罐和混氣罐均纏繞有加熱圈以控制各自內(nèi)部氣體的溫度?；鞖夤捱B通有真空栗和稀釋氣體瓶，以便抽空整個(gè)裝置以及稀釋示蹤劑蒸汽。
[0019]3、本發(fā)明的示蹤劑的產(chǎn)生兼?zhèn)渥⑷氲姆椒ú僮髁鞒炭茖W(xué)合理，靈活性強(qiáng)，可自行調(diào)節(jié)示蹤劑投放溫度，方便進(jìn)行不用要求的實(shí)驗(yàn)。通過本方法可實(shí)現(xiàn)自由控制不同流量的示蹤劑投放的效果，通過多次實(shí)驗(yàn)得出適合特定實(shí)驗(yàn)的流量?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)于投放示蹤劑濃度的精確控制，可以在較長時(shí)間內(nèi)獲得濃度，溫度流量穩(wěn)定的氣態(tài)示蹤劑。使用方法較之前的液態(tài)示蹤劑氣化投放方法簡單。經(jīng)過功能的集成，每次使用的設(shè)備可以直接使用，省去安裝麻煩。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明中裝置的使用過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述裝置包括發(fā)生罐1、混氣罐2、真空栗3、稀釋氣體瓶4、第一壓力計(jì)5、第一熱電偶6、第二壓力計(jì)