CN105651371A - 一种高压柴油音速特性的测量方法 - Google Patents

一种高压柴油音速特性的测量方法 Download PDF

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徐慧
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Abstract

一种高压柴油音速特性的测量方法属于柴油机领域。高压柴油在管路中流动，在一定的压差条件下将会形成阻塞流。这时候管路中的液相柴油流速即为柴油在该压力和温度条件下的音速。因此，本发明提出的方法是使用气瓶向柴油加压，通过增加柴油的溶气量诱发柴油发生空化效应形成阻塞流，并通过测量此时液相的流动速度来确定流体的音速。

Description

一种高压柴油音速特性的测量方法
技术领域
本发明涉及一种高压柴油音速特性的测量装置系统，属于柴油机领域。
背景技术
管路中的音速是流体的一种物理特性，音速与流体的密度、温度、压力密切相关，而流体的密度主要与流体的温度相关，所以需要测量出在不同温度、不同压力下的流体音速。
传统的音速测量方法是在管路中测量水击波的速度。在阀门前端管路安装两个脉动压力传感器，利用测量阀门瞬间关闭时产生的水击波确定管路中流体的音速。
液体管路水击时，液压水击波的传播速度等于液体中的音速。采用水击法来测量流体音速：在流体管路输送动态特性水力试验时，阀门的瞬间关闭(tvalve0)将产生直接水击。管路的水击是一个快速变化的脉动过程，并伴随着液体和管壁的弹性变形；水击波以流体音速在水中传播，波形上相同相位点通过管路上任意两截面所需的时间Δt,两截面之间的距离为1，可得此两截面之间的平均音速
本发明提出使用气瓶向柴油加压，通过增加柴油中的溶气量即气核诱发流体发生空化效应形成阻塞流，并通过测量此时液相的流动速度来确定柴油的音速。
发明内容
本发明提出一种测量流高压柴油音速特性的方法，目的是为了测量一定温度和压力下管路中柴油的音速。
一种高压柴油音速的测量方法，其特征在于：使用气瓶向柴油加压，通过增加柴油中的溶气量即增加柴油中的气核诱发流体发生空化效应形成阻塞流，通过X射线确定此时管路中柴油的液相流通截面积，流量计测量管路中柴油的质量流量来计算管路中液相燃油的流速；柴油在管路中流动，当流速增加使管内部分区域的压强低于流体的饱和蒸气压时，一方面液相柴油气化形成气相柴油，另一方面溶解于柴油中的空气被释放出来。因此，提高柴油中的溶气率可以促进空化效应的产生，易形成阻塞流。
通过气瓶向储油罐中的柴油加压，使柴油升高到一定压力并且提高柴油的溶气率。提高出口压力然后逐渐减小出口压力。当出口压力减小到一定值时，圆管中柴油出现空化现象，形成气液两相流。继续减小出口压力，当流量计测得管路中的质量流量不再增加时，管内形成阻塞流，液相柴油和气相柴油分离并且处于稳定状态。
在阻塞流动中，管路中柴油的质量流量达到最大值，液相柴油流通截面积达到最小值，因此管路中液相柴油的速度达到最大值。
实现方法的测试系统包括：气瓶1，泄压阀2，储液罐3，流量计4，温度计5，入口压力传感器6，圆管7，X光发射器8，出口压力传感器9，背压阀10，水箱11，水泵12；所述的气瓶，储油罐，泄压阀，组成系统的压力源，通过调节泄压阀的开度向圆管提供流体；所述的X光发生器是系统的观测模块；X光发生器发出的X光穿透圆管拍摄到圆管内的流动现象，呈现暗的部分是气相柴油的流通面积，呈现亮的部分是液相柴油的流通面积；圆管7背压阀10，水箱11，水泵12通过管路连接成一个回路；该管路上设有压力传感器，温度计，流量计组成系统的测量模块；其中，压力传感器测量圆管的入口压力和出口压力，温度计测量柴油的温度，流量计测量通过圆管内柴油的质量流量。
所述的气瓶，储油罐，泄压阀，组成系统的压力源，通过调节泄压阀的开度向圆管提供一定压力并且具有较高溶气率的流体。
所述的压力传感器，温度计，流量计组成系统的测量模块。其中，压力传感器测量圆管的入口压力和出口压力，温度计测量柴油的温度，流量计测量通过圆管内柴油的质量流量。
所述的圆管由铁金属制成，可承受高压。
所述的X光发生器是系统的观测模块。X光发生器发出的X光可以穿透铁金属拍摄到圆管内的流动现象，呈现暗的部分是气相柴油的流通面积，呈现亮的部分是液相柴油的流通面积。
所述的背压调阀通过调节开度控制圆管的出口压力，目的是为了使圆管内的流动形成阻塞流。
附图说明
图1是本发明实验测试系统示意图
图2是本发明测试方法示意图
图3是圆管中流体的流量变化图
图4是圆管中流体的液相流通面积变化图
标号说明：1-气瓶，2-泄压阀，3-储油罐，4-流量计，5-温度计，6-入口压力传感器，7-圆管，8-X光发生器，9-出口压力传感器，10-背压阀，11-油箱，12-油泵；T-流体的恒定温度，P1-管路中流体的入口压力，P2-管路中流体的出口压力，fl1-气相流体，fl2-液相流体，R-液相流体最小流通截面直径，Qm-体积流量
具体实施方式
如图1所示，一种测量高压燃油音速的实验测试系统示意图，包括电机，油泵，油轨，油量计量阀，Kistler压力传感器，温度计，控制单元,圆管，X光发生器，背压调节阀，流量计，计算机。
如图2所示，一种高压柴油音速特性的测量方法，需要测量的物理量有柴油温度T，圆管入口压力P1，圆管出口压力P2，液相最小流通截面积半径R。其中，柴油温度T由温度计测得，圆管入口压力P1和圆管入口压力P2由Kistler压力传感器测得，液相最小流通截面半径R由X光发生器发出的X光测得。
如图1所示，一种高压柴油音速特性的测试方法包括：
A：保持柴油的温度T不变，固定圆管的入口压力，测量出高压柴油的温度值T和圆管的入口压力值P1；
B：提高圆管的出口压力至入口压力的三分之二，(因为经过较多实验证明，阻塞流的形成的临界出口压力是在出口压力的三分之二间，如果出口压力提的太低的话，可能已经过了阻塞流的临界点)，然后减小并记录出口压力值P2。同时:用流量计测量圆管内的质量流量Qm,用X光拍摄圆管内气液两相流的流动现象。当测得圆管内流量不再增加形成阻塞流时，测量出拍摄的图片上管内入口处最小的液相流通截面直径R；
C：那么在温度T、压力P的条件下，流体的音速其中ρ为流体密度。

Claims (2)

1.一种高压柴油音速的测量方法，其特征在于：使用气瓶向柴油加压，通过增加柴油中的溶气量即增加柴油中的气核诱发流体发生空化效应形成阻塞流，通过X射线确定此时管路中柴油的液相流通截面积，流量计测量管路中柴油的质量流量来计算管路中液相燃油的流速。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，实现方法的测试系统包括：气瓶(1)，泄压阀(2)，储液罐(3)，流量计(4)，温度计(5)，入口压力传感器(6)，圆管(7)，X光发射器(8)，出口压力传感器(9)，背压阀(10)，水箱(11)，水泵(12)；所述的气瓶，储油罐，泄压阀，组成系统的压力源，通过调节泄压阀的开度向圆管提供流体；所述的X光发生器是系统的观测模块；X光发生器发出的X光穿透圆管拍摄到圆管内的流动现象，呈现暗的部分是气相柴油的流通面积，呈现亮的部分是液相柴油的流通面积；圆管(7)背压阀(10)，水箱(11)，水泵(12)通过管路连接成一个回路；该管路上设有压力传感器，温度计，流量计组成系统的测量模块；其中，压力传感器测量圆管的入口压力和出口压力，温度计测量柴油的温度，流量计测量通过圆管内柴油的质量流量。
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