RP-3航空喷气燃料饱和蒸气压测试研究

陈战斌，王玉梅，王　涛

(中国飞行试验研究院发动机所，陕西 西安 710089)



RP-3航空喷气燃料饱和蒸气压测试研究

陈战斌，王玉梅，王涛

(中国飞行试验研究院发动机所，陕西 西安 710089)

摘要：航空喷气燃料的饱和蒸气压属性对飞机燃油系统、发动机工作有着重要的影响，一般在飞机燃油系统飞行试验过程中必须对其饱和蒸气压进行测量。本文通过两种不同的测试设备对RP-3航空喷气燃料饱和蒸气压进行了测量，对测试结果进行了分析，并解释了测试结果的差异性，对航空喷气燃料特性参数测量具有重要的指导意义。

关键词：航空喷气燃料；饱和蒸气压；飞行试验

1引言

在一定温度下，与液体处于相平衡状态的蒸气所具有的压强称为饱和蒸气压。不同温度下，同一物质的饱和蒸气压不同，且随着温度的升高而增大。饱和蒸气压是物质的一个重要性质，其大小取决于物质的本性和温度。饱和蒸气压与挥发度有关，饱和蒸气压越大，该物质越容易挥发。因此，饱和蒸气压对物质的存储、运输以及应用都有十分重要的影响[1]。

航空喷气燃料饱和蒸气压的大小影响燃料的着火危险性及启动性、燃油系统的气塞和气蚀特性、燃料的蒸发损失以及燃料-润滑油热交换器和燃烧室的工作。由于航空喷气燃料成分复杂，其不同的烃，对航空喷气燃料的蒸气压都有不同程度的影响，所以喷气燃料饱和蒸气压很难进行精确测量[2-3]。本文通过两种不同的测试设备，对RP-3航空喷气燃料饱和蒸气压进行了测量。

2饱和蒸气压测试方法及原理

常用的饱和蒸气压测定方法有3种：静态法、动态法和气体饱和法。

(1)静态法：把待测物质放在一个密封体系中，在不同的温度下，直接测定蒸气压。静态法准确性较高。

(2)动态法：在不同的外界压力下测定其沸点，利用蒸气压和温度的关系，可测得不同温度下的蒸气压。对于沸点较低的液体，此方法测得蒸气压与温度之间的关系比较准确；对于沸点较高的液体，采用动态法测得的饱和蒸气压误差较大。

(3)气体饱和法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸气所饱和，然后进行分析，计算液体的蒸气压[4]。

由于容器(大多为玻璃容器)本身的耐压问题，动态法一般仅用于低饱和蒸气压的测量，特别是在低于大气压的情况下。气体饱和法操作比较复杂，对测试设备要求相对较高。静态法由于测量相对简单，成为使用最普遍的方法。静态法主要是将待测物质充入密闭容器中，使其处于气液两相共存的状态，然后放入恒温环境中，通过调节恒温环境的温度来测量得到不同温度下的饱和蒸气压数据。

3饱和蒸气压测试样品、测量设备及操作

3.1试验样品

本文采用中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司RP-3喷气燃料(简称：兰化RP-3)以及中国石油化工股份有限公司茂名分公司RP-3喷气燃料(简称：茂名RP-3)作为试验样品。为了保证试验结果的准确性，试验样品均来自同一批喷气燃料。RP-3喷气燃料主要指标参数如表1所示。

表1　RP-3喷气燃料主要指标

3.2测试设备

试验采用两套测试设备，分别为西安夏溪电子科技有限公司开发的VP1000系列流体饱和蒸气压测试系统以及庆阳戴瑞特石油仪器有限公司生产的DRT-1121A饱和蒸气压测定器。

西安夏溪电子科技有限公司饱和蒸气压测试系统主要包括VP 1200饱和蒸气压测量仪、温度控制系统、真空系统。VP1200饱和蒸气压测量仪如图1所示。

图1　VP 1200饱和蒸气压测量仪

具体参数如下：

(1)温度测试范围：-30～120℃

(2)温度测量不确定度：小于±10mK

(3)压力测量范围：0～7MPa

(4)压力传感器精度：0.05%

(5)压力测量不确定度：小于±10kPa

(6)准确度：±2.0%

(7)重现性：±2.0%

庆阳戴瑞特石油仪器有限公司生产的DRT-1121A饱和蒸气压测定器主要技术参数如下：

(1)输入电源：220V±10% 50Hz

(2)仪器功率：2200W

(3)试验用弹：2枚试验弹

(4)试验弹气液室(上下室)体积比例：4∶1

(5)控温精度：±0.1℃

(6)搅拌角度：轴向350°

(7)压力范围：表压0～160kPa

(8)环境温度：室温25℃左右

3.3试验操作

3.3.1VP1000系列流体饱和蒸气压测试系统

(1)样品提纯

将样品注入样品容器，充灌量分别为1/2、1/5。关闭样品容器阀门，放入液氮罐中冷冻5min后取出，连接真空计，打开样品容器阀门，抽真空至5Pa以下。关闭样品容器阀门，关真空泵，在室温下或稍微加热使样品融化成液体。重复上述操作3次。

(2)饱和蒸气压的测定

安装试验装置，打开真空计阀门，对管路抽真空，至真空计读数小于5 Pa，将样品容器浸没在恒温槽介质中，设定温度后开始控温，至温度波动度小于±0.02℃时，打开样品容器阀门，读取多组压力传感器数据，取其平均值即为该温度下样品的饱和蒸气压。

3.3.2DRT-1121A饱和蒸气压测定器

DRT-1121A饱和蒸气压测定器的具体操作可参见GB8017-87[5]。

4测试结果分析

4.1测试结果

采用VP 1200饱和蒸气压测试设备得出的不同温度下的饱和蒸气压测试数据见表1，采用VP 1200饱和蒸气压测试设备、DRT-1121A饱和蒸气压测定器得出的不同气液比下的饱和蒸气压数据见表2。

表2 　不同温度饱和蒸气压的测试结果(气液比1∶1)

表2　不同气液比下喷气燃料的饱和蒸气压

4.2数据分析

将表1中的测试数据制成曲线，如图2所示。通过图2可以看出，随着温度的升高，喷气燃料RP-3的饱和蒸气压逐渐增大。同一温度下，茂名RP-3喷气燃料的饱和蒸气压稍大于兰化RP-3喷气燃料的饱和蒸气压。从燃料本身性质而言，决定其饱和蒸气压大小的为馏分组成和化学组成，主要为馏分组成。馏分愈轻，饱和蒸气压愈大。因此，同一品种的喷气燃料，馏分组成有差别时，饱和蒸气压也将不同，而且，温度愈高，相差愈大。茂名RP-3喷气燃料芳烃含量及回收温度均高于兰化RP-3喷气燃料，这是茂名RP-3喷气燃料饱和蒸气压大于兰化RP-3喷气燃料饱和蒸气压的主要原因。

图2　喷气燃料饱和蒸气压特性随温度的变化趋势

通过表2可以看出，气液比越小，喷气燃料的饱和蒸气压越大；燃料的饱和蒸气压与容器中的气相和液相的体积比(气液比)有关。在其他条件均相同时，气液比愈小，饱和蒸气压愈大。当气液比为0时，饱和蒸气压达到最大。

VP1200饱和蒸气压测量仪的饱和蒸气压测量值稍大于DRT-1121A饱和蒸气压测定器测出的喷气燃料饱和蒸气压数据，这是由于试验方法的差异造成的。使用VP 1200饱和蒸气压测量仪测量饱和蒸气压时，试验过程中通过液氮冷冻、抽真空等操作，对样品进行了提纯。在使用DRT-1121A饱和蒸气压测定器(雷德法)测量饱和蒸气压时，没有上述操作。此外，使用DRT-1121A饱和蒸气压测定器(雷德法)测量饱和蒸气压应该对饱和蒸气压进行空白试验标定，使试验结果更加准确[4]。

5结论

通过对两种RP-3喷气燃料饱和蒸气压的测量可以看出，RP-3喷气燃料饱和蒸气压相对较小，但随着温度升高，饱和蒸气压增大。在飞机燃油系统飞行试验中，应该考虑温度对饱和蒸气压的影响。

参考文献

[1]黎文济.喷气燃料应用[M].石油工业出版社,1996.

[2]刘济瀛,等.中国喷气燃料[M].中国石化出版社,1991.

[3]颜鸣皋,等.中国航空材料手册(第六卷)[M].中国标准出版社,1989.

[4]朱莹.多组分石油产品的挥发性研究[D].南京理工大学,2008.

[5]GB8017-87 石油产品蒸气压测定法(雷德法)[S].1988.

[收稿日期]2016-04-05

[作者简介]陈战斌(1985-)，男，工程师，主要从事飞机燃油系统、防火系统试飞工作。

[基金项目]2013年度航空科学基金项目。

中图分类号：V312

文献标识码：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