[发明专利]一种超临界碳氢燃料蒸汽重整电加热实验系统

说明书

本发明提出一种超临界碳氢燃料蒸汽重整电加热实验系统，该实验系统包括供给部分、预热部分、实验部分和产物处理部分，其中，供给部分用于向实验系统注入反应物水和碳氢燃料，预热部分用于将水和碳氢燃料分别进行预热，使水完全汽化，同时碳氢燃料达到超临界态，并均匀混合，实验部分用于模拟发动机主动冷却通道的其中一个通道，混合流体在反应器内反应，并采集实验数据，产物处理部分用于处理实验段排出的产物以及剩余的反应物。本发明的碳氢燃料和水可以分开存放，在进入重整反应器之前通过电加热预热，在气态条件下均匀混合，解决了水和碳氢燃料在液态条件下不互溶的问题，不添加乳化剂，避免对实验干扰，也避免乳化液对实验系统可能的损害。

技术领域

本发明涉及一种超临界碳氢燃料蒸汽重整电加热实验系统，属于超燃冲压发动机主动冷却技术领域。

背景技术

由于剧烈的气动加热和超声速燃烧释热，高超声速飞行器承受着巨大的热载荷，其发动机燃烧室内的温度可高达3000K，峰值热流可以达到20MW/m²，如何对发动机进行有效的冷却成为关键的问题。当飞行速度达到6马赫时，来流空气总温高达1650K，已无法再用作冷却剂来对发动机进行冷却，在此条件下，飞行器携带的燃料是唯一可用冷源。利用碳氢燃料作为冷却剂的主动再生冷却技术被认为是最有潜力的方案。

由于飞行器所携带燃料有限，如何利用有限冷源来进行有效冷却成为了制约高超声速技术的瓶颈之一。利用超临界碳氢燃料裂解吸热可以满足马赫数8以下飞行的冷却需求。更高速度的飞行对燃料的冷却能力提出了更高的需求，碳氢燃料蒸汽重整是一个强吸热反应，可以提供比裂解更强的吸热能力。但是目前对碳氢燃料蒸汽重整的认识还比较少，主要通过地面实验来研究，由于在液态条件下碳氢燃料与水不互溶，水的密度与碳氢燃料不同，会迅速分层，现有实验方案是通过添加乳化剂使水和燃料形成乳化液，然后用泵将乳化液通入反应器在加热条件以及催化剂的作用下发生蒸汽重整反应。但是乳化液对泵有损伤，长期使用会对泵的寿命产生影响，同时，乳化剂的存在会对实验产生影响。因此有必要针对上述问题提出一种解决方案。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提到的技术问题，提出一种超临界碳氢燃料蒸汽重整电加热实验系统。是一种基于蒸汽重整的再生冷却主动热防护地面电加热实验系统。

本发明提出一种超临界碳氢燃料蒸汽重整电加热实验系统，包括供给部分、预热部分、实验部分和产物处理部分，其中，供给部分用于分开存储液态的水和碳氢燃料，并向实验系统注入反应物水和碳氢燃料，预热部分用于将水和碳氢燃料分别进行预热，使水完全汽化，同时碳氢燃料达到超临界态，并均匀混合，实验部分用于模拟发动机主动冷却通道的其中一个通道，混合流体在反应器内反应，并采集实验数据，产物处理部分用于处理实验段排出的产物以及剩余的反应物；

所述供给部分包括水箱、水过滤器、高压水泵、一号单向阀、一号质量流量计、一号球阀、燃料箱、燃料过滤器、高压燃料泵、二号单向阀、二号质量流量计和二号球阀，所述水箱、水过滤器、高压水泵、一号单向阀、一号质量流量计和一号球阀通过管道依次连接，所述燃料箱、燃料过滤器、高压燃料泵、二号单向阀、二号质量流量计和二号球阀通过管道依次连接；

所述预热部分包括一号绝缘子、二号绝缘子、一号稳压电源、水预热段、燃料预热段、一号铠装热电偶和混合段，所述一号球阀、一号绝缘子、水预热段和一号铠装热电偶经管道依次连接，所述二号球阀、二号绝缘子、燃料预热段和一号铠装热电偶经管道依次连接，所述水预热段和燃料预热段通过一号电极与一号稳压电源连接，通过同一个一号稳压电源同时预热，所述一号铠装热电偶与混合段连接；