CN105571872A - 一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，包括进气阀门、密封顶盖、燃烧室罐体、密封压盖、石英玻璃视窗、温度控制板、视窗底座、绝热材料、加热电阻丝和排气排油阀。石英玻璃视窗分别安装在燃烧室罐体两侧180°方向上，便于测试光线的穿透，密封顶盖中心部分采用下沉式便于喷油器安装以及喷雾测试集中在可视范围内，燃烧室中心腔体外侧通过电加热系统进行温度控制和调节，罐体底部安装排气排油球阀可实现模拟燃烧室的清洗。本发明可同时实现温度和压力的控制、密封效果好、操作方便，能够获得稳定且均匀的压力场和温度场，而且可以实现燃烧室的可视化观察，对于提高发动机燃油的燃烧效率以及降低污染物排放的研究具有重要的意义。

Description

一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置

技术领域

本发明属于燃烧设备内燃机技术领域，具体涉及一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置。

背景技术

提高发动机的热效率一直以来都是一项重要的课题，随着化石燃料的不断消耗以及人们对环保的日益重视，在提高热效率的同时降低有害燃烧产物的排放也变得刻不容缓。长久以来，人们利用各种燃烧技术的改善来提高发动机的热效率，例如汽油机中的高压缩比、稀薄燃烧以及预混合压缩自着火等，柴油机中促进燃料和空气的混合和高增压等技术都能在一定程度上改善发动机的热效率。在这些技术中，我们也能够看出除了对发动机本身的结构改进或者缸内流动控制的方法外，对发动机所用燃油的使用控制也起到至关重要的作用，也就是说燃油喷雾特性的研究对提高发动机热效率有着重要的影响。

目前，对液体燃料喷雾特性的研究主要集中在常温状态下，通过改变环境的压力来测量各种雾化特性参数的变化。然而这样的测试中忽视了影响燃油喷雾效果的一个重要参数——温度，在发动机正常的运行中，燃烧室内部是一个高温高压的环境，所以为了更加准确地测量出雾化参数特征必须把温度和压力两个因素都考虑进去。

鉴于上述情况，在进行发动机燃油雾化特性参数的测量实验中，制备了一个可以同时控制压力和温度的可视化燃烧室模拟装置，使得测试更为全面和准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：温度和压力作为两个对液体燃料雾化特性参数有着重要影响的因素能够被同时考察。本发明为解决上述问题提供了一个可以同时对这温度和压力两个参数进行控制和调节的装置。

本发明采用的技术方案为：一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，该燃烧室模拟实验装置包括进气阀门、密封顶盖、燃烧室罐体、密封压盖、石英玻璃视窗、温度控制板、视窗底座、绝热材料、加热电阻丝和排气排油阀；燃烧室罐体由不锈钢管切割而成，具有更好的密封性及抗压能力，视窗底座以及温度控制板底座焊接于罐体侧面，两个石英玻璃视窗呈180°安装，温度控制板安装底座轴线垂直于石英玻璃视窗轴线，石英玻璃视窗及温度控制板的密封通过密封压盖配合密封垫圈进行密封安装，密封顶盖设计成可拆卸式，通过螺栓螺母、密封垫圈与主罐体进行连接密封，进气阀门以及压力控制装置安装于密封顶盖上，可获得稳定均匀的压力场，另外在密封顶盖上安装安全阀以保证实验的安全，燃烧室罐体内部测试场区域周围安装加热电阻丝，可获得稳定均匀的温度场，并且结合温度控制板实现温度的调节，加热电阻丝和燃烧室罐体内壁之间填充绝热材料进行燃烧室罐体内部保温及燃烧室罐体外部的保护，燃烧室罐体底部采用圆弧封头使其承压能力更强且便于实验燃油的排放，底部中央焊接排气排油阀。

进一步的，所述燃烧室罐体采用304不锈钢材料制作。

进一步的，所述燃烧室罐体设计可承受最高15MPa的压力，足够模拟发动机燃烧室的压力工况。

进一步的，所述温度控制板可控温度范围为常温至600℃，可实现燃油喷射初期燃烧室内部温度氛围的模拟。

进一步的，所述石英玻璃视窗采用耐高温高压石英玻璃，该耐高温高压石英玻璃视窗的设计便于燃油射流雾化特性的直接测试。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明确保了燃油喷雾特性测试的可行性。

(2)、本发明可实现对发动机燃烧室内部工况的近似模拟，可同时对内部温度和压力两个参数进行控制。

(3)、本发明操作简单、使用方便。

(4)、本发明可通过石英玻璃窗口实现对燃烧室内部进行直观的观察和测量。

附图说明

图1为本发明一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置主体的装配纵剖图；

图2为为密封顶盖结构示意图，其中图2(a)为顶盖剖面图，图2(b)为顶盖俯视图；

图3为视窗的密封压盖以及视窗底座的结构示意图，其中，图3(a)为视窗密封压盖结构示意图，图3(b)为温度控制板及视窗底座结构示意图；

图中：1、进气阀门，2、密封顶盖，3、燃烧室罐体，4、密封压盖，5、石英玻璃视窗，6、视窗底座，7、绝热材料，8、加热电阻丝，9、排气排油阀，10、进气阀门及压力测试表安装孔，11、测试喷油器安装孔，12、安全阀安装孔。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明可视化的发动机燃烧室模拟实验装置的具体实施方式。

本发明一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置主要通过两个部分进行压力密封，罐体主体由不锈钢圆管、三个视窗底座和圆底封头进行焊接而成，密封主要由密封顶盖和视窗压盖配合相应的密封垫圈通过螺栓螺母紧固密封。可视化视窗采用的是耐高温高压的石英玻璃，实验测试喷油嘴安装于密封顶盖中央。

该实验装置的密封顶盖盲板厚度利用简易公式推导，通过查阅资料可知304不锈钢的屈服应力σ_0.2≥205MPa，即：2092kg(f)/cm²。气相压力条件下：

[σ_gas]＝0.8×σ_0.2＝0.8×2092＝1673.6kg(f)/cm²

对于盲板厚度t(mm)，有：

$t\≥D\·{\left(0.188P/\[{\mathrm{\σ}}_{gas}\]\right)}^{\frac{1}{2}}$

式中：D-装置密封口内径(mm)，P-装置设计压力。代入屈服应力值，可得：

$t\≥D\·\frac{P^{\frac{1}{2}}}{94.35}$

基于该装置的结构以及工作环境压力设定，密封顶盖，

D＝325mm,P＝16MPa(163.27kg(f)/cm²)

可计算得出：

$t\≥D\·\frac{P^{\frac{1}{2}}}{94.35}=325\×\frac{\sqrt{163.27}}{94.35}=44mm$

视窗玻璃压盖法兰盘厚度则通过查询法兰盘标准手册进行确定。

压力控制装置主要由外界高压氮气罐体通过高压管与进气阀门进行连接，通过调节进气阀门和排气阀门控制燃烧室内部压力，进气阀门安装孔上同时安装压力测试仪表。

温度控制板主要由加热组件、控制装置和绝热材料组成，由控制装置控制加热组件进行工作实现实验所需工况，绝热材料在对内部空间进行保温的同时保护外部罐体。

通过压力控制装置和温度控制板可同时对压力和温度进行控制以满足实际的实验工况。

通过该可视化的发动机燃烧室模拟实验装置可研究不同种类的喷油嘴或者燃油在不同的工作环境下喷射，燃油雾化特性参数的变化。

如图1所示，一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，该燃烧室模拟实验装置包括进气阀门1、密封顶盖2、燃烧室罐体3、密封压盖4、石英玻璃5、视窗底座6、绝热材料7、加热电阻丝8、排气排油阀9；燃烧室罐体3由不锈钢管切割而成，具有更好的密封性及抗压能力，石英玻璃安装视窗底座6以及温度控制板底座焊接于罐体侧面，两个石英玻璃视窗5呈180°安装，温度控制板安装底座轴线垂直于石英玻璃视窗5轴线，石英玻璃视窗5及温度控制板的密封通过密封压盖4配合密封垫圈进行密封安装，密封顶盖2设计成可拆卸式，通过螺栓螺母、密封垫圈与主罐体进行连接密封，进气阀门1以及压力控制装置安装于密封顶盖2上，可获得稳定均匀的压力场，另外在密封顶盖上2安装安全阀以保证实验的安全，燃烧室罐体3内部测试场区域周围安装加热电阻丝8，可获得稳定均匀的温度场，并且结合温度控制板实现温度的调节，加热电阻丝8和燃烧室罐体3内壁之间填充绝热材料7进行燃烧室罐体3内部保温及燃烧室罐体3外部的保护，燃烧室罐体3底部采用圆弧封头使其承压能力更强且便于实验燃油的排放，底部中央焊接排气排油阀9。

如图2所示，密封顶盖2的剖面及俯视图，包括进气阀门及压力测试表安装孔10、测试喷油器安装孔11和安全阀安装孔12；进气阀门及压力测试表主要用来准确调节装置内压力值，喷油器安装孔11用于喷油器的密封安装，安全阀用来保障装置以及操作的安全性。

如图3所示，密封压盖4、视窗底座6和温度控制板底座的剖面图及俯视图，三个安装底座焊接于罐体侧面，用于石英玻璃及温度控制板的安装，密封压盖4主要对石英玻璃及温度控制板进行紧固密封。

本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，其特征在于：该燃烧室模拟实验装置包括进气阀门(1)、密封顶盖(2)、燃烧室罐体(3)、密封压盖(4)、石英玻璃视窗(5)、温度控制板、视窗底座(6)、绝热材料(7)、加热电阻丝(8)和排气排油阀(9)；燃烧室罐体(3)由不锈钢管切割而成，具有更好的密封性及抗压能力，视窗底座(7)以及温度控制板(6)底座焊接于罐体侧面，两个石英玻璃视窗(5)呈180°安装，温度控制板安装底座轴线垂直于石英玻璃视窗(5)轴线，石英玻璃视窗(5)及温度控制板的密封通过密封压盖(4)配合密封垫圈进行密封安装，密封顶盖(2)设计成可拆卸式，通过螺栓螺母、密封垫圈与主罐体进行连接密封，进气阀门(1)以及压力控制装置安装于密封顶盖(2)上，可获得稳定均匀的压力场，另外在密封顶盖上(2)安装安全阀以保证实验的安全，燃烧室罐体(3)内部测试场区域周围安装加热电阻丝(8)，可获得稳定均匀的温度场，并且结合温度控制板实现温度的调节，加热电阻丝(8)和燃烧室罐体(3)内壁之间填充绝热材料(7)进行燃烧室罐体(3)内部保温及燃烧室罐体(3)外部的保护，燃烧室罐体(3)底部采用圆弧封头使其承压能力更强且便于实验燃油的排放，底部中央焊接排气排油阀(9)。

2.根据权利要求1所述的可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，其特征在于：所述燃烧室罐体(3)采用304不锈钢材料制作。

3.根据权利要求1所述的可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，其特征在于：所述燃烧室罐体(3)设计可承受最高15MPa的压力，足够模拟发动机燃烧室的压力工况。

4.根据权利要求1所述的可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，其特征在于：所述温度控制板(6)可控温度范围为常温至600℃，可实现燃油喷射初期燃烧室内部温度氛围的模拟。

5.根据权利要求1所述的可视化的发动机燃烧室模拟实验装置，其特征在于：所述石英玻璃视窗(5)采用耐高温高压石英玻璃，该耐高温高压石英玻璃视窗(5)的设计便于燃油射流雾化特性的直接测试。