1.一种研究碳氢混合气冷凝的试验台架,其特征在于:包括依次连通的压气机(21)、新鲜空气进气管(26)、低温空气加热器(27)、混合气管(42)、混合气加热器(6)、热混合气管、冷却器(38)和排气管(41);
新鲜空气进气管(26)内从进气端到出气端依次设有新鲜空气进气阀(22)、流量计(23)、低温空气压力传感器(24)、低温空气温度传感器(25);
混合气管(42)的进气端设有高温空气温度传感器(28);多个碳氢喷射系统的喷射器(7)设于混合气管(42)内;
热混合气管内从进气端到出气端依次设有混合气温度传感器(5)、前端气体分析仪(43)、进气温度传感器(4)、进气压力传感器(3);
排气管(41)内从进气端到出气端依次设有出气温度传感器(39)、出气压力传感器(40)、后端气体分析仪(2)、颗粒分析仪(1);
混合气加热器(6)连接有混合气加热控制继电器(30);低温空气加热器(27)连接有低温空气加热控制继电器(29);
还包括有控制装置;压气机(21)的调压阀、新鲜空气进气阀(22)、流量计(23)、低温空气压力传感器(24)、低温空气温度传感器(25)、喷射器(7)、混合气温度传感器(5)、前端气体分析仪(43)、进气温度传感器(4)、进气压力传感器(3)、出气温度传感器(39)、出气压力传感器(40)、后端气体分析仪(2)、颗粒分析仪(1)、混合气加热控制继电器(30)、低温空气加热控制继电器(29)均与控制装置电连接,并由控制装置操控和读取、记录数据。
2.根据权利要求1所述的一种研究碳氢混合气冷凝的试验台架,其特征在于:所述冷却器(38)连通有冷却液恒温系统;冷却液恒温系统包括依次连通的冷却液出水管、冷却液加热器(32)、回水管、储液桶(33)、储液桶出水管、水泵(36)、冷却液进水管;所述冷却器(38)的出水口与冷却液出水管连通,冷却器(38)的进水口与冷却液进水管连通;冷却液加热器(32)连接有冷却液加热控制继电器(31),冷却液加热控制继电器(31)与控制装置电连接。
3.根据权利要求2所述的一种研究碳氢混合气冷凝的试验台架,其特征在于:所述碳氢喷射系统包括燃料箱(20)、油水分离器(17)、燃油滤清器(15)、油泵(11)、调压阀(9)、喷射器(7);燃料箱(20)出油口与油水分离器(17)进油口连通,油水分离器(17)出油口与燃油滤清器(15)进油口连通,燃油滤清器(15)回油口与燃料箱(20)回油口连通,燃油滤清器(15)出油口与调压阀回油三通接口(13)进油口连通,调压阀回油三通接口(13)出油口与油泵(11)进油口连通,油泵(11)出油口与调压阀出油三通接口(10)进油口连通,调压阀出油三通接口(10)的一个出油口与调压阀(9)进油口连通,调压阀(9)出油口与调压阀回油三通接口(13)回油口连通,调压阀出油三通接口(10)的另一个出油口与喷射器(7)进油口连通。
4.一种如权利要求3所述的研究碳氢混合气冷凝的试验台架试验方法,其特征在于:包括以下步骤:
根据试验需要完成上述试验台架的安装,运行所述试验台架;
根据试验要求将热混合器管内的碳氢混合气温度、碳氢混合气浓度、碳氢混合气流量、混合气管(42)内的混合气压力调节到目标值状态,调节方法如下:控制装置将目标低温空气压力的控制信号发送至压气机(21)的调压阀,并判断执行调压之后所接收到的低温空气压力传感器(24)的压力信号与目标低温空气压力的差值是否在误差范围内;若不在范围内,则判断低温空气压力传感器(24)的信号是否大于目标低温空气压力,若是,则减小压气机(21)的调压阀开度;反之,则增大压气机(21)的调压阀的开度;
所述控制装置将目标流量值转化为新鲜空气进气阀(22)的开度信号并发送至新鲜空气进气阀(22)以控制新鲜空气流量,并将控制装置接收到的流量计(23)信号与目标流量值进行对比,判断两者的差值是否在误差范围内,若不在范围内,则判断流量计(23)信号是否大于目标流量值;若是,则减小新鲜空气进气阀(22)的开度;反之,则增大新鲜空气进气阀(22)的开度;该目标流量值即为目标碳氢混合气流量值;
所述控制装置根据目标高温空气温度结合高温空气温度传感器(28)信号确定低温空气加热控制继电器(29)的开断信号并发送给低温空气加热控制继电器(29)以控制低温空气加热器(27)的工作状态;控制装置实时接收高温空气温度传感器(28)信号并计算高温空气温度传感器(28)温度信号与目标高温空气温度的差值,判断该差值是否在设定的误差范围内,若不在范围内,则判断高温空气温度传感器(28)信号是否大于目标高温空气温度;若是,则将低温空气加热控制继电器(29)断开信号发送给低温空气加热控制继电器(29),即低温空气加热器(27)停止工作;反之,则将低温空气加热控制继电器(29)接通信号发送给低温空气加热控制继电器(29),即低温空气加热器(27)开始工作;
所述控制装置根据设定的目标碳氢混合气温度结合混合气温度传感器(5)信号确定混合气加热控制继电器(30)的通断信号以控制混合气加热器(6)的工作状态,达到目标碳氢混合气温度在误差范围内波动的目的;控制装置接收混合气温度传感器(5)信号并计算混合气温度传感器(5)信号与目标碳氢混合气温度的差值,判断其差值是否在设定误差范围内,若不在范围内,则判断混合气温度传感器(5)信号是否大于目标碳氢混合气温度,若是,则控制装置将混合气加热控制继电器(30)的断开信号发送给混合气加热控制继电器(30)以使混合气加热器(6)停止工作;反之,则将混合气加热控制继电器(30)的接通信号发送给混合气加热控制继电器(30)以使混合气加热器(6)开始工作;所述目标碳氢混合气温度的设定必须满足在此温度下混合气中碳氢化合物全为气态这一条件;
所述控制装置根据设定的各燃料目标喷射量控制喷射器(7)喷射量,由此控制目标碳氢混合气浓度;所述控制装置根据所选燃料的分子大小确定各个碳氢喷射系统中喷射器(7)的先后喷射顺序,燃料的喷射顺序遵循先喷射大分子燃料后喷射小分子燃料的原则,以保证碳氢混合气混合较为均匀;控制装置计算喷射量的计算方法如下:根据目标碳氢混合气浓度、碳氢混合气理化性质要求选择所要喷射的燃料CxHyOz,记为:
燃料Cx1Hy1Oz1,燃料Cx2Hy2Oz2……燃料CxnHynOzn;
对应燃料的喷射质量比例记为a1%,a2%.....an%;
对应燃料的质量分数记为b1%,b2%......bn%;
所选燃料对应的喷射质量记为m1,m2……mn;
根据设定的碳氢混合气浓度、碳氢混合气流量以及新鲜空气通气时间算出总喷射碳氢质量,计算方法如下,
M=k×H×q×t
其中,M表示混合气中碳氢总质量,单位kg;H表示碳氢混合气浓度,由前端气体分析仪(43)测定,单位ppm;q表示碳氢混合气流量,由流量计(23)测定,单位m3/h;t表示新鲜空气通气时间,由控制装置决定,单位h;k表示体积浓度换算为质量浓度的换算系数;
则有
…
待碳氢混合气的各参数均已达到目标值后,将所述碳氢混合气通入冷却器(38)中;前端气体分析仪(43)和后端气体分析仪(2)分别采集冷却器(38)进气端和冷却器(38)出气端的碳氢混合气浓度后储存并显示到显示器,颗粒分析仪(1)将采集到的碳氢混合气的颗粒物粒径浓度储存并显示到显示器;通过比较冷却器(38)进气端、出气端碳氢混合气浓度的差别就可计算出碳氢混合气在冷却器(38)换热管内的冷凝数量;通过分析冷却器(38)出气端碳氢混合气的颗粒物粒径浓度,可知道气态碳氢混合气经冷却器(38)冷却后冷凝成为颗粒的粒径分布和数量分布;
通过改变燃料喷射量和燃料种类以改变冷却器(38)进气端碳氢混合气的成分配比,通过控制装置改变目标碳氢混合气温度以改变冷却器(38)进气端的碳氢混合气的温度;通过控制装置改变目标流量以改变冷却器(38)进气端的碳氢混合气流量;也可同时改变冷却器(38)进气口的碳氢混合气的至少两个参数,通过比较分析不同初始状态的碳氢混合气通入冷却器(38)后冷却器(38)进气端、出气端碳氢混合气的浓度可计算出碳氢混合气经冷却器(38)冷却后的冷凝数量、经冷却器(38)冷却后碳氢混合气中凝结成碳氢颗粒的粒径分布和数量分布,可知道碳氢混合气成分配比、温度、流量等单一因素以及其各因素耦合对碳氢混合气的冷凝行为的影响规律;
通过改变冷却液恒温系统的冷却液目标温度设置以改变冷却液温度,通过对比不同冷却液温度条件下冷却器(38)出气端、进气端的碳氢混合气的浓度的变化可分析出其冷凝数量的变化,对比冷却器(38)出气端的碳氢颗粒的粒径浓度的变化可分析得到碳氢混合气中碳氢凝结而成的颗粒的粒径分布和数量分布的变化,更进一步地,可得冷却液温度对碳氢混合气冷凝行为的影响规律;
通过改变冷却器(38)换热管的长度,对比碳氢混合气通过不同长度冷却器(38)后冷却器(38)进气端、出气端浓度的变化可得碳氢混合气的冷凝数量的变化,对比碳氢混合气通过不同长度冷却器(38)后冷却器出气端碳氢混合气中碳氢颗粒的粒径浓度的变化可得碳氢混合气中碳氢颗粒的粒径分布和数量分布的变化,更进一步地,可分析得到冷却器(38)换热管长对碳氢混合气的冷凝行为的影响规律。