RP-3航空噴氣燃料飽和蒸氣壓測(cè)試研究

陳戰(zhàn)斌，王玉梅，王　濤

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院發(fā)動(dòng)機(jī)所，陜西 西安 710089)

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RP-3航空噴氣燃料飽和蒸氣壓測(cè)試研究

陳戰(zhàn)斌，王玉梅，王濤

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院發(fā)動(dòng)機(jī)所，陜西 西安 710089)

摘要：航空噴氣燃料的飽和蒸氣壓屬性對(duì)飛機(jī)燃油系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作有著重要的影響，一般在飛機(jī)燃油系統(tǒng)飛行試驗(yàn)過程中必須對(duì)其飽和蒸氣壓進(jìn)行測(cè)量。本文通過兩種不同的測(cè)試設(shè)備對(duì)RP-3航空噴氣燃料飽和蒸氣壓進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析，并解釋了測(cè)試結(jié)果的差異性，對(duì)航空噴氣燃料特性參數(shù)測(cè)量具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：航空噴氣燃料；飽和蒸氣壓；飛行試驗(yàn)

1引言

在一定溫度下，與液體處于相平衡狀態(tài)的蒸氣所具有的壓強(qiáng)稱為飽和蒸氣壓。不同溫度下，同一物質(zhì)的飽和蒸氣壓不同，且隨著溫度的升高而增大。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的一個(gè)重要性質(zhì)，其大小取決于物質(zhì)的本性和溫度。飽和蒸氣壓與揮發(fā)度有關(guān)，飽和蒸氣壓越大，該物質(zhì)越容易揮發(fā)。因此，飽和蒸氣壓對(duì)物質(zhì)的存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及應(yīng)用都有十分重要的影響[1]。

航空噴氣燃料飽和蒸氣壓的大小影響燃料的著火危險(xiǎn)性及啟動(dòng)性、燃油系統(tǒng)的氣塞和氣蝕特性、燃料的蒸發(fā)損失以及燃料-潤(rùn)滑油熱交換器和燃燒室的工作。由于航空噴氣燃料成分復(fù)雜，其不同的烴，對(duì)航空噴氣燃料的蒸氣壓都有不同程度的影響，所以噴氣燃料飽和蒸氣壓很難進(jìn)行精確測(cè)量[2-3]。本文通過兩種不同的測(cè)試設(shè)備，對(duì)RP-3航空噴氣燃料飽和蒸氣壓進(jìn)行了測(cè)量。

2飽和蒸氣壓測(cè)試方法及原理

常用的飽和蒸氣壓測(cè)定方法有3種：靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法和氣體飽和法。

(1)靜態(tài)法：把待測(cè)物質(zhì)放在一個(gè)密封體系中，在不同的溫度下，直接測(cè)定蒸氣壓。靜態(tài)法準(zhǔn)確性較高。

(2)動(dòng)態(tài)法：在不同的外界壓力下測(cè)定其沸點(diǎn)，利用蒸氣壓和溫度的關(guān)系，可測(cè)得不同溫度下的蒸氣壓。對(duì)于沸點(diǎn)較低的液體，此方法測(cè)得蒸氣壓與溫度之間的關(guān)系比較準(zhǔn)確；對(duì)于沸點(diǎn)較高的液體，采用動(dòng)態(tài)法測(cè)得的飽和蒸氣壓誤差較大。

(3)氣體飽和法：在液體表面上通過干燥的氣流，調(diào)節(jié)氣流速度，使之能被液體的蒸氣所飽和，然后進(jìn)行分析，計(jì)算液體的蒸氣壓[4]。

由于容器(大多為玻璃容器)本身的耐壓?jiǎn)栴}，動(dòng)態(tài)法一般僅用于低飽和蒸氣壓的測(cè)量，特別是在低于大氣壓的情況下。氣體飽和法操作比較復(fù)雜，對(duì)測(cè)試設(shè)備要求相對(duì)較高。靜態(tài)法由于測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)單，成為使用最普遍的方法。靜態(tài)法主要是將待測(cè)物質(zhì)充入密閉容器中，使其處于氣液兩相共存的狀態(tài)，然后放入恒溫環(huán)境中，通過調(diào)節(jié)恒溫環(huán)境的溫度來測(cè)量得到不同溫度下的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)。

3飽和蒸氣壓測(cè)試樣品、測(cè)量設(shè)備及操作

3.1試驗(yàn)樣品

本文采用中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司RP-3噴氣燃料(簡(jiǎn)稱：蘭化RP-3)以及中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司RP-3噴氣燃料(簡(jiǎn)稱：茂名RP-3)作為試驗(yàn)樣品。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)樣品均來自同一批噴氣燃料。RP-3噴氣燃料主要指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1　RP-3噴氣燃料主要指標(biāo)

3.2測(cè)試設(shè)備

試驗(yàn)采用兩套測(cè)試設(shè)備，分別為西安夏溪電子科技有限公司開發(fā)的VP1000系列流體飽和蒸氣壓測(cè)試系統(tǒng)以及慶陽戴瑞特石油儀器有限公司生產(chǎn)的DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器。

西安夏溪電子科技有限公司飽和蒸氣壓測(cè)試系統(tǒng)主要包括VP 1200飽和蒸氣壓測(cè)量?jī)x、溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)。VP1200飽和蒸氣壓測(cè)量?jī)x如圖1所示。

圖1　VP 1200飽和蒸氣壓測(cè)量?jī)x

具體參數(shù)如下：

(1)溫度測(cè)試范圍：-30～120℃

(2)溫度測(cè)量不確定度：小于±10mK

(3)壓力測(cè)量范圍：0～7MPa

(4)壓力傳感器精度：0.05%

(5)壓力測(cè)量不確定度：小于±10kPa

(6)準(zhǔn)確度：±2.0%

(7)重現(xiàn)性：±2.0%

慶陽戴瑞特石油儀器有限公司生產(chǎn)的DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)輸入電源：220V±10% 50Hz

(2)儀器功率：2200W

(3)試驗(yàn)用彈：2枚試驗(yàn)彈

(4)試驗(yàn)彈氣液室(上下室)體積比例：4∶1

(5)控溫精度：±0.1℃

(6)攪拌角度：軸向350°

(7)壓力范圍：表壓0～160kPa

(8)環(huán)境溫度：室溫25℃左右

3.3試驗(yàn)操作

3.3.1VP1000系列流體飽和蒸氣壓測(cè)試系統(tǒng)

(1)樣品提純

將樣品注入樣品容器，充灌量分別為1/2、1/5。關(guān)閉樣品容器閥門，放入液氮罐中冷凍5min后取出，連接真空計(jì)，打開樣品容器閥門，抽真空至5Pa以下。關(guān)閉樣品容器閥門，關(guān)真空泵，在室溫下或稍微加熱使樣品融化成液體。重復(fù)上述操作3次。

(2)飽和蒸氣壓的測(cè)定

安裝試驗(yàn)裝置，打開真空計(jì)閥門，對(duì)管路抽真空，至真空計(jì)讀數(shù)小于5 Pa，將樣品容器浸沒在恒溫槽介質(zhì)中，設(shè)定溫度后開始控溫，至溫度波動(dòng)度小于±0.02℃時(shí)，打開樣品容器閥門，讀取多組壓力傳感器數(shù)據(jù)，取其平均值即為該溫度下樣品的飽和蒸氣壓。

3.3.2DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器

DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器的具體操作可參見GB8017-87[5]。

4測(cè)試結(jié)果分析

4.1測(cè)試結(jié)果

采用VP 1200飽和蒸氣壓測(cè)試設(shè)備得出的不同溫度下的飽和蒸氣壓測(cè)試數(shù)據(jù)見表1，采用VP 1200飽和蒸氣壓測(cè)試設(shè)備、DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器得出的不同氣液比下的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)見表2。

表2 　不同溫度飽和蒸氣壓的測(cè)試結(jié)果(氣液比1∶1)

表2　不同氣液比下噴氣燃料的飽和蒸氣壓

4.2數(shù)據(jù)分析

將表1中的測(cè)試數(shù)據(jù)制成曲線，如圖2所示。通過圖2可以看出，隨著溫度的升高，噴氣燃料RP-3的飽和蒸氣壓逐漸增大。同一溫度下，茂名RP-3噴氣燃料的飽和蒸氣壓稍大于蘭化RP-3噴氣燃料的飽和蒸氣壓。從燃料本身性質(zhì)而言，決定其飽和蒸氣壓大小的為餾分組成和化學(xué)組成，主要為餾分組成。餾分愈輕，飽和蒸氣壓愈大。因此，同一品種的噴氣燃料，餾分組成有差別時(shí)，飽和蒸氣壓也將不同，而且，溫度愈高，相差愈大。茂名RP-3噴氣燃料芳烴含量及回收溫度均高于蘭化RP-3噴氣燃料，這是茂名RP-3噴氣燃料飽和蒸氣壓大于蘭化RP-3噴氣燃料飽和蒸氣壓的主要原因。

圖2　噴氣燃料飽和蒸氣壓特性隨溫度的變化趨勢(shì)

通過表2可以看出，氣液比越小，噴氣燃料的飽和蒸氣壓越大；燃料的飽和蒸氣壓與容器中的氣相和液相的體積比(氣液比)有關(guān)。在其他條件均相同時(shí)，氣液比愈小，飽和蒸氣壓愈大。當(dāng)氣液比為0時(shí)，飽和蒸氣壓達(dá)到最大。

VP1200飽和蒸氣壓測(cè)量?jī)x的飽和蒸氣壓測(cè)量值稍大于DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器測(cè)出的噴氣燃料飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)，這是由于試驗(yàn)方法的差異造成的。使用VP 1200飽和蒸氣壓測(cè)量?jī)x測(cè)量飽和蒸氣壓時(shí)，試驗(yàn)過程中通過液氮冷凍、抽真空等操作，對(duì)樣品進(jìn)行了提純。在使用DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器(雷德法)測(cè)量飽和蒸氣壓時(shí)，沒有上述操作。此外，使用DRT-1121A飽和蒸氣壓測(cè)定器(雷德法)測(cè)量飽和蒸氣壓應(yīng)該對(duì)飽和蒸氣壓進(jìn)行空白試驗(yàn)標(biāo)定，使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確[4]。

5結(jié)論

通過對(duì)兩種RP-3噴氣燃料飽和蒸氣壓的測(cè)量可以看出，RP-3噴氣燃料飽和蒸氣壓相對(duì)較小，但隨著溫度升高，飽和蒸氣壓增大。在飛機(jī)燃油系統(tǒng)飛行試驗(yàn)中，應(yīng)該考慮溫度對(duì)飽和蒸氣壓的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]黎文濟(jì).噴氣燃料應(yīng)用[M].石油工業(yè)出版社,1996.

[2]劉濟(jì)瀛,等.中國(guó)噴氣燃料[M].中國(guó)石化出版社,1991.

[3]顏鳴皋,等.中國(guó)航空材料手冊(cè)(第六卷)[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1989.

[4]朱瑩.多組分石油產(chǎn)品的揮發(fā)性研究[D].南京理工大學(xué),2008.

[5]GB8017-87 石油產(chǎn)品蒸氣壓測(cè)定法(雷德法)[S].1988.

[收稿日期]2016-04-05

[作者簡(jiǎn)介]陳戰(zhàn)斌(1985-)，男，工程師，主要從事飛機(jī)燃油系統(tǒng)、防火系統(tǒng)試飛工作。

[基金項(xiàng)目]2013年度航空科學(xué)基金項(xiàng)目。

中圖分類號(hào)：V312

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.009

Experimental Research on Saturated Vapor Pressure of RP-3 Aviation Jet Fuel

Chen Zhanbin, Wang Yumei, Wang Tao

(Engine Department of Chinese Flight Test Establishment, Xi′an 710089, Shaanxi, China)

Abstract：The property of saturated vapor pressure of RP-3 aviation jet fuel has important influence on the fuel system of aircraft and aeroengine work. Usually the saturated vapor pressure must be tested during the flight test of aircraft fuel system. Two kinds of facilities are used to measure the saturated vapor pressure of RP-3 aviation jet fuel in the paper. The test results are analyzed, and the difference of the test results is explained. All above has important guiding significance for characteristic parameter measurement of aviation jet fuel.

Keywords:aviation jet fuel; saturated vapor pressure; flight test