[发明专利]碳氢燃料高温高压裂解产物粘度的在线测定方法及测定装置

说明书

技术领域

本发明属于工程热物理及燃料物性测试技术领域，特别涉及一种碳氢燃料裂解产物的粘度测定方法与配套测定装置。

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。燃料分子在高温下的相变和反应，体系的相态、组分、分子量、密度以及粘度不断发生变化，并且由于碳氢燃料的裂解反应是吸热反应，难以达到化学平衡，因此体系的密度、粘度和流速还受到加热时间的影响。而在工程性试验中，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也会发生变化。为了确保发动机的安全运行，必须对碳氢燃料的热物理性质有明确的了解。燃料的特性数据，如比热、密度、粘度、表面张力和临界参数对预测组件的性能状况和缩短发动机的设计周期具有重要作用，而粘度是流体的重要物理性质之一，是分析和计算燃料裂解气传热特性、流动特性必知的数据，在广泛的工程学科，以及在确定流体的性质中起着非常重要的作用，因此实现不同工程条件下粘度的在线测量意义重大。

关于粘度的在线测定，细管法是常用的方法，其测定原理与实验室离线测定原理相同，都是基于泊氏定律：式中，f为流场系数，可由细管的尺寸计算，在实际的粘度测量中，也可由粘度标准液标定得到，Δp为细管两端的压力差，Q_v为流经细管的体积流量。采用细管法在线测定粘度最重要的一点是要保证流体是层流状态，然而碳氢燃料裂解反应发生时，小分子气体增多，与此同时，结焦反应也会产生，依靠低流速维持层流流动将产生大量结焦，继而可能引发管道堵塞甚至设备烧损。因此，基于泊氏定律的细管法对于碳氢燃料在高温高压条件下产生的裂解气的粘度在线测定并不适用。目前也无一种方法能实现碳氢燃料裂解反应过程中流动气体粘度的在线测定。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种碳氢燃料高温高压裂解产物粘度的在线测定方法及测定装置，以实现碳氢燃料裂解产物粘度的在线测定。

本发明的技术构思为：针对碳氢燃料裂解的具体工况特点，即高温，高压，裂解过程复杂，组分变化，流速很快(湍流状态)等，采用基于流动状态湍流条件下的细管法进行在线测定。根据沿程阻力的测定，获得阻力系数，再根据湍流条件下阻力系数与雷诺数的关系，进而获得流体的粘度。

基于上述技术构思，本发明采用修正光滑管公式计算和测量粘度，原理如下：

由直管阻力计算式：

Δpρ=λldu‾22---(1)]]>

由u‾=QmAρ=4Qmπd2ρ]]>得：