CN103726965B - 新型燃烧可视化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型燃烧可视化实验装置，包括弹体组件、视窗组件、喷油器组件、压力传感器组件、排气电磁阀、碰撞模块组件、热电偶组件、火花塞组件以及进气电磁阀，弹体组件的主体为矩形空腔结构的弹体；碰撞模块组件的模拟燃烧室通过定位销固定于定位杆上端，定位杆下端安装有一定位手轮。本发明能够精确的调节喷油器在视窗中的位置，能够充分的利用可视范围，提高了装置的可用性；能够采用不同种类的模拟燃烧室，使研究更接近发动机的实际工作情况，提高了研究数据的可信度；且在弹体上安装有加热丝，能够对弹体壁面进行加热，从而模拟发动机燃烧时壁面的实际温度，提高了研究数据的可信度。

Description

新型燃烧可视化实验装置

技术领域

本发明涉及一种定容燃烧弹装置，具体地说，本发明涉及一种新型的燃烧可视化实验装置，本发明适用于发动机燃烧可视化研究、气态及液态燃料的基础燃烧特性研究等领域。

背景技术

燃料的基础燃烧特性研究是燃烧科学研究的一个重要手段，对于探索燃料的反应机理及开发新型燃料均有着重要意义，对于内燃机、航空发动机等热机的技术进步起到了举足轻重的作用。

在燃料的基础燃烧研究中，其燃烧特性试验往往是采用定容燃烧弹或光学热机的手段进行的。以内燃机为例，光学发动机手段是采用在实验发动机上加工出可视化光路的方法实现的。采用这种方式能够获取发动机实际工作参数条件下的燃烧信息，但是其系统复杂，造价昂贵，而且可视范围往往受到种种限制。另一种方式是采用定容燃烧弹，即在一个固定容积的压力容器内模拟发动机工作时的温度和压力条件，并在容器的四壁或底部等方向上进行可视化测量。与光学发动机方式相比，采用定容燃烧弹方式的成本低，可视范围大，具有很大的灵活性。但在目前的研究中，大多基于定容弹的燃烧可视化研究无法模拟实际发动机工作时的环境温度、无法进行多种混合气混合及燃烧方式的实验研究，通用性较差。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种新型的燃烧可视化实验装置，与目前常用的装置相比，本装置具有可视范围大、燃烧信息趋于实际工况、适用范围广等特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

新型燃烧可视化实验装置，包括弹体组件、视窗组件、喷油器组件、压力传感器组件、排气电磁阀、碰撞模块组件、热电偶组件、火花塞组件以及进气电磁阀，其特征在于：

所述弹体组件的主体为矩形空腔结构的弹体，在所述弹体的任一相对称的两个侧面上加工有具有同一尺寸结构的环形安装槽，用以安装视窗组件，且在所述环形安装槽上均加工有若干个用以安装电热丝的电热丝安装孔，电热丝安装孔内安装用以加热弹体内部空间壁面温度的电热丝，在所述弹体上盖、下盖以及其他侧面均加工有若干安装孔；

所述喷油器组件包括喷油器套筒、喷油器以及喷油器固定盖，所述喷油器套筒安装于弹体上盖的安装孔内，所述喷油器套筒内壁加工有一用于安装喷油器的空腔，空腔内放置喷油器，所述喷油器固定盖用于压紧喷油器，安装于喷油器套筒内壁上端，并与喷油器套筒螺纹连接；

所述压力传感器组件包括压力传感器与压力传感器固定盖，所述压力传感器安装于弹体侧面的安装孔内，所述的压力传感器固定盖与安装孔采取螺纹连接，用以固定压力传感器；

所述火花塞组件包括火花塞套筒、火花塞与火花塞固定盖，所述火花塞套筒安装于弹体侧面的安装孔内，安装孔内壁设置有一用于安装火花塞的空腔，所述火花塞固定盖用于压紧火花塞，安装于火花塞套筒内侧，并与火花塞套筒螺纹连接；

所述排气电磁阀安装于所述弹体任一侧面的安装孔内；

所述碰撞模块组件包括定位杆与模拟燃烧室，所述的模拟燃烧室为燃烧室结构，通过定位销固定于定位杆上端，所述定位杆通过螺纹结构与弹体连接，且下端安装有一定位手轮；

所述热电偶组件包括热电偶及热电偶固定盖，所述热电偶组件安装于弹体侧面的安装孔内，所述热电偶固定盖与安装孔采取螺纹连接，用以固定热电偶；

所述进气电磁阀安装于位于弹体任一侧面的安装孔内。

所述视窗组件包括安装座、石英玻璃窗以及固定端盖；所述安装座安装于弹体组件的环形安装槽内，所述安装座上加工有一环槽，用以安装石英玻璃窗；所述固定端盖安装于安装座上，且中心处加工有与所述石英玻璃窗相配合的通孔，用以固定石英玻璃窗。

所述石英玻璃窗为圆台形石英玻璃体，且所述弹体组件、安装座与固定端盖之间通过螺栓固定。

所述的喷油器套筒的外部侧面上部设置螺纹并与所述弹体上盖的安装孔螺纹连接，喷油器套筒的外部侧面下部加工有刻度尺；所述刻度尺为在所述喷油器套筒下部的外部侧面每隔一定长度的距离加工一条刻度线，用以保证能够实现喷油器在视窗中的精确定位及精确调节移动量。

所述火花塞组件的数量为两个，分别对称安装于未安装有视窗组件的弹体侧面的安装孔内。

所述弹体与各个组件之间、安装座与石英玻璃窗之间及弹体与各个固定盖之间均采用螺纹密封形式；所述火花塞组件内的火花塞套筒与火花塞之间采用密封圈密封形式。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所提供的喷油器组件能够精确的调节喷油器在视窗中的位置，保证在使用不同种类喷油器时能够充分的利用可视范围，提高了装置的可用性；本发明所提供的碰撞模块组件能够采用不同种类的模拟燃烧室，能够研究燃烧室壁面几何形状对火焰发展的影响，使研究更接近发动机的实际工作情况，提高了研究数据的可信度；本发明所提供的弹体上安装有加热丝，能够对弹体壁面进行加热，从而模拟发动机燃烧时壁面的实际温度，提高了研究数据的可信度。

附图说明

图1本发明燃烧可视化实验装置结构图；

图2本发明的燃烧可视化实验装置带有安装孔的左侧视图；

图3本发明的燃烧可视化实验装置右侧视图；

图4本发明的燃烧可视化实验装置剖面图；

图5本发明的喷油器套筒下部外侧刻度尺示意图；

图6本发明的燃烧可视化实验装置视窗组件剖面图；

图7本发明的模拟燃烧室示意图。

图中：1、弹体组件，1a、弹体主体，1b、压力传感器组件安装孔，1c、火花塞组件安装孔，1d、热电偶组件安装孔，1e、电热丝安装孔，2、视窗组件，2a、安装座，2b、石英玻璃窗，2c、固定端盖，2d、螺栓孔，3、喷油器组件，3a、喷油器套筒，3b、喷油器，3c、喷油器固定盖，4、压力传感器组件，4a、压力传感器，4b、压力传感器固定盖，5、火花塞组件，5a、火花塞套筒，5b、火花塞，5c、火花塞固定盖，6、排气电磁阀，6a、排气电磁阀安装孔，7、碰撞模块组件，7a、模拟燃烧室，7b、定位销，7c、定位杆，7d、定位手轮，8、热电偶组件，8a、热电偶，8b、热电偶固定盖，9、进气电磁阀,A、密封圈，B、环形安装槽，C、环槽，D、通孔，E、刻度尺。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供的一种新型燃烧可视化实验装置，主要包括：弹体组件1、视窗组件2、喷油器组件3、压力传感器组件4、火花塞组件5、排气电磁阀6、碰撞模块组件7、热电偶组件8以及进气电磁阀9，图1所示。

所述弹体组件1的主体为有一定厚度的矩形空腔结构，如图1所示，所述弹体主体1a可采用正方体空腔结构，分为上盖、下盖以及四个侧面，在弹体主体1a的两个相对称的侧面上均加工有同一尺寸的环形安装槽B，用以安装视窗组件2；在弹体的上盖、下盖以及另一相对称的侧面上分别加工有与其他组件相配合的安装孔，用以安装其他组件，具体安装孔的尺寸按照实际需求设置如图2、图3。

进一步的，在环形安装槽B上可沿圆周均匀加工八个（也可以按照实际的实验需要具体确定孔数）电热丝安装孔1e，用以安装电热丝（附图中未示出），所述的电热丝为金属电阻丝，安装于安装孔1e内，用以加热弹体内部空间的壁面温度，使其达到内燃机正常工作时的气缸壁温度。

所述视窗组件2安装于环形安装槽内，通过12个螺栓（这里采用螺栓固定，数量按照需要确定）固定在弹体主体1a上，包括安装座2a、石英玻璃窗2b与固定端盖2c，如图6所示，所述安装座2a安装于弹体组件1的环形安装槽B内，所述安装座2a上加工有一环槽C，用以安装石英玻璃窗2b，所述的石英玻璃窗2b为圆台形石英玻璃体，所述固定端盖2c安装于安装座2a上，且中心处加工有与所述石英玻璃窗2b相配合的通孔D，用以固定石英玻璃窗2b，弹体组件1、安装座2a与固定端盖2c之间用螺栓固定。

如图4，所述喷油器组件3包括喷油器套筒3a、喷油器3b以及喷油器固定盖3c，所述喷油器套筒3a安装于弹体上盖的安装孔内。可通过喷油器套筒3a外侧上部加工有螺纹，与安装孔采用螺纹连接的方式安装于弹体上盖的安装孔内，所述喷油器套筒3a内壁加工有一用于安装喷油器3b的空腔，空腔内放置喷油器3b。所述的喷油器套筒3a外侧下部加工有刻度尺E，刻度尺E为在喷油器套筒3a外部侧面每隔2mm（或其他长度）加工一条刻度线。在实际使用中，可以根据刻度线实现喷油器3b在视窗中的精确定位，并精确调节移动量可以根据刻度线实现喷油器在视窗中的精确定位，并精确调节移动量，详见图5。所述喷油器固定盖3c用于压紧喷油器，安装于喷油器套筒3a内壁上端，并与喷油器套筒3a螺纹连接。

如图4，所述压力传感器组件4包括压力传感器4a与压力传感器固定盖4b，所述压力传感器4a安装于弹体侧面的安装孔1b内，可根据实际需要选型，具有较大的灵活性，所述的压力传感器固定盖4b与安装孔1b采取螺纹连接，用以固定压力传感器4a。

如图4，所述火花塞组件5数量为两个，分别对称安装于未安装有视窗组件2的弹体侧面的安装孔1c内。所述火花塞组件5包括火花塞套筒5a、火花塞5b与火花塞固定盖5c，所述火花塞套筒5a安装于上述安装孔1c内，安装孔1c内壁安装有一用于安装火花塞5b的空腔，所述火花塞固定盖5c用于压紧火花塞5b。火花塞5b可根据实际需要选型，安装于火花塞套筒5a内侧，并与火花塞套筒5a螺纹连接。

为了获得更好的实验效果，火花塞组件5通常需要安装于弹体侧面中心位置的安装孔1c内，这就需要在未安装有视窗组件2的弹体侧面最少设置一个位于中心位置处的安装孔1c。

如图4，所述排气电磁阀6安装于所述弹体任一侧面的安装孔6a内，同理所述进气电磁阀9安装于位于弹体任一侧面的安装孔内。可将排气电磁阀6以及所述进气电磁阀9安装在同侧也可在异侧，通常设置在位于不同的侧面的安装孔内。

所述碰撞模块组件7包括定位杆7c以及模拟燃烧室7a，所述的模拟燃烧室7a为具有一定几何结构的燃烧室结构，本发明可以采用金属及其他材料制成的二维燃烧室如图7，也可以采用有机玻璃、石英玻璃等透明材料制成的三维燃烧室，通过定位销7b固定于定位杆7c上端，所述定位杆7c通过螺纹结构与弹体连接，且下端安装有一定位手轮7d。使用时，转动定位手轮7d，即可调整模拟燃烧室7a在视窗中的位置。

所述热电偶组件8包括热电偶8a及热电偶固定盖8b，所述热电偶组件8安装于弹体侧面的安装孔1d内，所述热电偶固定盖8b与安装孔1d采取螺纹连接，可以根据实际需要选型，用以固定热电偶组件8。

为了保证弹体结构的气密性，所述弹体主体1a与各个组件之间、安装座与石英玻璃窗之间及弹体主体1a与各个固定盖之间均采用螺纹密封形式；所述火花塞组件5内的火花塞套筒5a与火花塞5b之间采用密封圈A密封形式。

具体燃烧特性实验过程：首先将上述组件安装在弹体组件1上；然后调整喷油器组件3和碰撞模块组件7位置，确定喷油器和模拟燃烧室的相对位置；准备就绪后开启进气电磁阀组件9直至弹体内压力达到实验相对的背压要求（由压力传感器组件实现）；达到背压要求后，开启与本发明相配套使用的光源系统同时设置燃料供给系统压力，为喷油器提供燃料，高速摄像机开始采集喷雾、点火及燃烧过程信息；实验结束后开启排气电磁阀组件6，弹体内堆积的燃油将在高压气体的作用下排出弹体外界。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.新型燃烧可视化实验装置，包括弹体组件、视窗组件、喷油器组件、压力传感器组件、排气电磁阀、碰撞模块组件、热电偶组件、火花塞组件以及进气电磁阀，其特征在于：

所述弹体组件的主体为矩形空腔结构的弹体，在所述弹体的任一相对称的两个侧面上加工有具有同一尺寸结构的环形安装槽，用以安装视窗组件，且在所述环形安装槽上均加工有若干个用以安装电热丝的电热丝安装孔，电热丝安装孔内安装用以加热弹体内部空间壁面温度的电热丝，在所述弹体上盖、下盖以及其他侧面均加工有若干安装孔；所述视窗组件包括安装座、石英玻璃窗以及固定端盖；所述安装座安装于弹体组件的环形安装槽内，所述安装座上加工有一环槽，用以安装石英玻璃窗；所述固定端盖安装于安装座上，且中心处加工有与所述石英玻璃窗相配合的通孔，用以固定石英玻璃窗；

所述喷油器组件包括喷油器套筒、喷油器以及喷油器固定盖，所述喷油器套筒安装于弹体上盖的安装孔内，所述喷油器套筒内壁加工有一用于安装喷油器的空腔，空腔内放置喷油器，所述喷油器固定盖用于压紧喷油器，安装于喷油器套筒内壁上端，并与喷油器套筒螺纹连接；所述的喷油器套筒的外部侧面上部设置螺纹并与所述弹体上盖的安装孔螺纹连接，喷油器套筒的外部侧面下部加工有刻度尺；所述刻度尺为在所述喷油器套筒下部的外部侧面每隔一定长度的距离加工一条刻度线，用以保证能够实现喷油器在视窗中的精确定位及精确调节移动量；

所述压力传感器组件包括压力传感器与压力传感器固定盖，所述压力传感器安装于弹体侧面的安装孔内，所述的压力传感器固定盖与安装孔采取螺纹连接，用以固定压力传感器；

所述火花塞组件包括火花塞套筒、火花塞与火花塞固定盖，所述火花塞套筒安装于弹体侧面的安装孔内，安装孔内壁设置有一用于安装火花塞的空腔，所述火花塞固定盖用于压紧火花塞，安装于火花塞套筒内侧，并与火花塞套筒螺纹连接；

所述排气电磁阀安装于所述弹体任一侧面的安装孔内；

所述碰撞模块组件包括定位杆与模拟燃烧室，所述的模拟燃烧室为燃烧室结构，通过定位销固定于定位杆上端，所述定位杆通过螺纹结构与弹体连接，且下端安装有一定位手轮；

所述热电偶组件包括热电偶及热电偶固定盖，所述热电偶组件安装于弹体侧面的安装孔内，所述热电偶固定盖与安装孔采取螺纹连接，用以固定热电偶；

所述进气电磁阀安装于位于弹体任一侧面的安装孔内。

2.根据权利要求1所述的新型燃烧可视化实验装置，其特征在于：所述石英玻璃窗为圆台形石英玻璃体，且所述弹体组件、安装座与固定端盖之间通过螺栓固定。

3.根据权利要求1所述的新型燃烧可视化实验装置，其特征在于：所述火花塞组件的数量为两个，分别对称安装于未安装有视窗组件的弹体侧面的安装孔内。

4.根据权利要求1所述的新型燃烧可视化实验装置，其特征在于：所述弹体与各个组件之间、安装座与石英玻璃窗之间及弹体与各个固定盖之间均采用螺纹密封形式；所述火花塞组件内的火花塞套筒与火花塞之间采用密封圈密封形式。