[发明专利]碳氢燃料的加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及加热领域，特别地，涉及一种用于碳氢燃料加热的加热方法。

背景技术

碳氢燃料自高压下加热后进入超临界态。此时，将其注入到发动机的燃烧室中，即可瞬间气化，不需要经过液态碳氢燃料的雾化与蒸发过程，这有利于发动机的快速点火和燃料的完全燃烧。

现有技术中通常采用电加热方式加热碳氢燃料。然而，由于电功率的限制，利用电加热方法加热的碳氢燃料流量不能太高，无法满足大尺度发动机的使用需求。此外，利用电加热，成本高。

发明内容

本发明目的在于提供一种碳氢燃料的加热方法，以解决现有技术加热方法中燃料流量小，无法满足大尺度发动机的使用需求及成本高的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方画，提供了一种碳氢燃料的加热方法，包括如下步骤：第一步：通过燃烧供能燃料产生高温高压燃气；第二步：将高温高压燃气与待加热的碳氢燃料进行持续的热交换。

进一步地，第二步在一个热交换器中进行，且热交换器内设有用于待加热的碳氢燃料流过的交换管；第二步包括如下阶段：第一阶段：使高温高压燃气不断地流入热交换器，并同时使待加热的碳氢燃料不断的流经交换管，待加热的碳氢燃料和高温高压燃气进行非稳态的热交换；第二阶段：第一阶段之后，待加热的碳氢燃料与高温高压燃气继续进行热交换以达到流动平衡与传热平衡。

进一步地，在第一阶段之前，先使高温高压燃气不断地流入热交换器，以对热交换器进行预热；预热完成后，再依次进行第一阶段和第二阶段的热交换过程。

进一步地，在第二阶段的整个过程中，高温高压燃气的质量流量和待加热的碳氢燃料的质量流量之间的关系式如下：其中，Mf为碳氢燃料的质量流量；Cp为碳氢燃料的定压比热；T1为碳氢燃料在热交换之前的温度；T2为加热后的碳氢燃料的目标温度；Mg为高温高压燃气的质量流量；Cg为高温高压燃气的定压比热；Tg1为高温高压燃气没有与碳氢燃料进行热交换之前的温度；Tg2为高温高压燃气与碳氢燃料进行了热交换之后的温度。

进一步地，高温高压燃气的质量流量为待加热的碳氢燃料的质量流量的3～8倍。

进一步地，在第一步中，还需要加入氧化剂，且使第一步中的推进剂余氧系数在0.5～1.0之间。

进一步地，氧化剂为氧气或者空气。

进一步地，燃料为乙醇水溶液或者甲醇水溶液。

进一步地，在第一步之前可计算需要的氧化剂和供能燃料的质量流量，具体过程如下：首先，根据待加热的碳氢燃料的质量流量和需要加热到的目标温度，计算所需的高温高压燃气的总质量流量；再次，根据选定的高温高压燃气没有和待加热的碳氢燃料进行热交换之前的温度，再根据热力计算方法即可算出需要的推进剂余氧系数，最后根据需要的推进剂余氧系数和高温高压燃气的总质量流量计算得到需要的氧化剂和供能燃料各自的质量流量。

进一步地，待加热的碳氢燃料的质量流量、需要加热到的目标温度及高温高压燃气的总质量流量满足如下关系：其中，M_f′为碳氢燃料的质量流量；Cp为碳氢燃料的定压比热；T1为碳氢燃料在热交换之前的温度；T₂′为加热后的碳氢燃料的目标温度；M_g′为高温高压燃气的质量流量；Cg为高温高压燃气的定压比热；Tg1为高温高压燃气没有和碳氢燃料进行热交换之前的温度；Tg2为高温高压燃气和碳氢燃料进行了热交换之后的温度。

本发明具有以下有益效果：本发明的碳氢燃料的加热方法通过供能燃料与氧化剂的燃烧反应产生高温燃气，可以为热交换器长时间提供大功率的加热源，突破了采用电加热方案时的功率限制，可实现大流量碳氢燃料的加热，以满足大尺度超燃冲压发动机地画试验的需求。且本发明的氧化剂为氧气或者空气；供能燃料为乙醇水溶液或者甲醇水溶液。因此，本发明的氧化剂和供能燃料是廉价、易得的无毒、无污染、无腐蚀的“绿色介质”，提高了运行过程中的人员及设备安全性和可靠性，且运行成本低，具有良好的经济性。

除了上画所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下画将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用米提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的碳氢燃料的加热方法的流程示意图。

具体实施方式