CN105841968B - 一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气发动机实验研究领域的一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，包括喷嘴底座、燃烧室模型支架和燃烧室模型；所述燃烧室模型支架包括第一导轨、第二导轨、第三导轨、第四导轨和燃烧室模型座；所述第一导轨和第二导轨的上端分别与喷嘴底座可拆卸连接；所述第一导轨的下端通过第一螺栓与第三导轨可拆卸连接，第一螺栓可在第一通槽和第三通槽内移动；所述第二导轨的下端与第三导轨的另一端通过第二螺栓可拆卸连接，第二螺栓可在第二通槽内移动；所述燃烧室模型安装在燃烧室模型座上，燃烧室模型座与第四导轨可移动连接，第四导轨与第三导轨可移动连接。本发明可自由调整燃烧室模型的位置，同时不影响纹影、PLIF等光学实验的光路。

Description

一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置

技术领域

本发明属于天然气发动机实验研究领域，具体涉及一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置。

背景技术

随着燃料矛盾的日益突出和汽车排放法规的日益严格，天然气作为一种清洁替代燃料，日益受到研究者们的重视。柴油引燃缸内直喷天然气发动机由于采用高压直喷技术，它的工作原理是压缩行程接近终了时，先向气缸中喷微量的柴油，使其自燃提高气缸内的温度和压力从而形成点火源，然后再用高压向气缸中直接喷入天然气，被柴油引燃的天然气燃烧做功。这种形式的发动机可以保持原有柴油机的高效率和低速扭矩，得到较大的平均有效压力，同时降低NO_X和颗粒物排放。天然气作为主要燃料，其喷射及混合规律直接影响发动机的燃烧和放热过程，对整个发动机的性能以及排放有着重要影响。作为一种的新的燃烧形式,油气同轴喷射的喷射特性，油气参数对燃烧性能的影响尚不明确，需要通过开展大量实验研究获得其喷射及燃烧特性。纹影、PLIF等可视化研究方法在天然气发动机的研究中具有广泛的应用。此类研究方法需要光路通过目标区域，利用高速相机拍摄下来，获得图片等实验数据。在利用纹影法研究天然气射流撞击燃烧室模型的实验中，燃烧室模型需要在不影响光路的前提下固定在天然气喷嘴下方，并可以实现多自由度准确调节的功能，以满足实验研究需要。另一方面，燃烧室模型安装在定容弹内，需要空间尺寸较小，结构紧凑，操作方便的燃烧室模型支架。目前没有满足上述要求的实验设备。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，通过设计一种有多个自由度的燃烧室模型支架，可以实现燃烧室模型的灵活调节，同时该装置不影响纹影、PLIF等可视化实验的光路，并可以安装在定容弹内部，结构紧凑，操作方便，成本低。

本发明的技术方案是：一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，包括喷嘴底座、燃烧室模型支架和燃烧室模型；

所述喷嘴底座为圆台型结构，所述喷嘴底座底部的外围部分开有第一螺纹孔和第二螺纹孔；

所述燃烧室模型支架包括第一导轨、第二导轨、第三导轨和燃烧室模型座；第一导轨上设有第一通槽，第二导轨设有第二通槽，第三导轨上设有第三通槽；

所述第一导轨和第二导轨的上端分别与喷嘴底座可拆卸连接；所述第一导轨的下端通过第一螺栓与第三导轨可拆卸连接，第一螺栓可在第一通槽和第三通槽内移动；所述第二导轨的下端与第三导轨的另一端通过第二螺栓可拆卸连接，第二螺栓可在第二通槽内移动；

所述燃烧室模型座的上面设有凹槽，所述燃烧室模型安装在凹槽上，燃烧室模型座的下面与第三导轨可移动连接。

上述方案中，所述燃烧室模型支架还包括第四导轨；所述燃烧室模型座的下面通过第四导轨与第三导轨可移动连接；

所述第四导轨为L型；所述第四导轨的一端上设有第四通槽；所述燃烧室模型座通过第三螺栓与第四导轨连接，所述第三螺栓可在第四通槽内移动；第四导轨的另一端通过第四螺栓与所述第三导轨可拆卸连接，第四螺栓可在第三通槽内移动。

上述方案中，还包括第一L型连接件，所述第一L型连接件的一端与喷嘴底座通过第五螺栓连接，另一端通过第六螺栓与第一导轨的上端连接。

上述方案中，还包括第二L型连接件，所述第二L型连接件的一端与喷嘴底座通过第七螺栓连接，另一端通过第八螺栓与第二导轨的上端连接。

上述方案中，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔位于所述喷嘴底座外围的中部、且相互对称。

上述方案中，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔均为阶梯孔。

上述方案中，所述第一导轨、第二导轨、第三导轨、第四导轨和燃烧室模型座均为不锈钢薄片制成。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过设计一种结构紧凑、尺寸较小、可以安装在定容弹内部的燃烧室模型支架，且安装固定在喷嘴底座下部，主要部件设计在燃烧室模型两侧与下方，不影响纹影、PLIF等实验的光路；燃烧室模型座与第四导轨通过第三螺栓连接，第三螺栓可在第四导轨的槽内移动，实现燃烧室模型座前后调节、旋转；第四导轨与第三导轨通过第四螺栓连接，第四螺栓在第三导轨的槽内移动，可以实现燃烧室模型水平方向的调节；第三导轨与第一导轨、第二导轨分别通过第一螺栓、第二螺栓连接，第一螺栓在第一导轨的槽内移动、第二螺栓在第二导轨的槽内移动，可以实现燃烧室模型的高度或者角度的自由调节；第一导轨和第二导轨分别通过第一L型连接件和第二L型连接件与喷嘴底座连接，可以通过第二导轨相对第二L型连接件的旋转，可以灵活调整实验区域，实现燃烧室模型更高自由度的调节；通过更换燃烧室模型座，可以实现不同形状燃烧室模型的固定，操作灵活，成本低。

附图说明

图1为本发明一实施方式的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的喷嘴底座仰视图；

图3为本发明一实施方式的喷嘴底座剖视图；

图4为本发明一实施方式的燃烧室模型座示意图。

图中：1、第一导轨；2、第二导轨；3、第三导轨；4、第四导轨；5、燃烧室模型座；6、喷嘴底座；7、第一通槽；8、第二通槽；9、第三通槽；10、第四通槽；11、燃烧室模型；12、第一螺栓；13、第二螺栓；14、凹槽；15、第三螺栓；16、第四螺栓；17、第一L型连接件；18、第五螺栓；19、第六螺栓；20、第二L型连接件；21、第七螺栓；22、第八螺栓；23、第一螺纹孔；24、第二螺纹孔；25、喷嘴孔。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明装置安装于定容弹内使用，可用于喷雾撞壁燃烧实验。图1所示为所述用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验装置的一种实施方式，所述定容弹内喷雾撞壁燃烧实验装置包括喷嘴底座6、燃烧室模型支架和燃烧室模型11。

图2和图3所示，所述喷嘴底座6为圆台型结构，底部开有喷嘴孔25，喷嘴孔25用于喷嘴的安装，底部的外围还开有第一螺纹孔23和第二螺纹孔24，所述第一螺纹孔23和第二螺纹孔24相互对称。所述燃烧室模型支架包括由不锈钢薄片制成的长方形第一导轨1、第二导轨2和第三导轨3以及L型的第四导轨4和燃烧室模型座5。

第一导轨1上设有第一通槽7，第二导轨2设有第二通槽8，第三导轨3上设有第三通槽9。所述第一导轨1和第二导轨2的上端分别与喷嘴底座6可拆卸连接；所述第一导轨1的下端通过第一螺栓12与第三导轨3可拆卸连接，第一螺栓12可在第一通槽7和第三通槽9内移动；所述第二导轨2的下端与第三导轨3的另一端通过第二螺栓13可拆卸连接，第二螺栓13可在第二通槽8内移动。如果需要调整燃烧室模型11的高度或者角度的调节，将第一螺栓12和第二螺栓13松开，第一螺栓12在第一通槽7内移动，第二螺栓13在第二通槽8内移动，到合适位置后拧紧第一螺栓12和第二螺栓13即可实现燃烧室模型11的高度或者角度的自由调节。

图4所示，所述燃烧室模型座5的上面主体部分设有凹槽14，所述燃烧室模型11安装在燃烧室模型座5的凹槽14上，燃烧室模型座5的下面通过第四导轨4与第三导轨3可移动连接。

优选的，所述第四导轨4为L型，第四导轨4的一端设有第四通槽10，燃烧室模型座5的一端开有孔通过第三螺栓15与第四导轨4开有第四通槽10的一端可拆卸连接，第三螺栓15可在第四通槽10内移动。如果需要调整燃烧室模型11的前后位置，将第三螺栓15松开后在第四通槽10内移动，到合适位置后拧紧第三螺栓15，可以实现调整燃烧室模型11的前后位置调整和旋转。通过更换燃烧室模型座5，可以实现不同形状燃烧室模型11的固定，操作灵活，成本低。第四导轨4的另一端通过第四螺栓16与所述第三导轨3可拆卸连接，第四螺栓16可在第三通槽9内移动。如果需要调整燃烧室模型11的水平位置，将第四螺栓16松开后在第三通槽9内移动，到合适位置后拧紧第四螺栓16，可以实现燃烧室模型11水平方向的调节。

优选的，所述第一导轨1的上端通过第一L型连接件17与喷嘴底座6可拆卸连接：所述第一L型连接件17的一端与喷嘴底座6通过第五螺栓18连接，另一端通过第六螺栓19与第一导轨1的上端连接。优选的，所述第二导轨2的上端通过第二L型连接件20与喷嘴底座6可拆卸连接：所述第二L型连接件20的一端与喷嘴底座6通过第七螺栓21连接，另一端通过第八螺栓22与第二导轨2的上端连接。第一导轨1和第二导轨2分别通过第一L型连接件17和第二L型连接件20与喷嘴底座6连接，通过第一导轨1相对第一L型连接件17的旋转或者通过第二导轨2相对第二L型连接件20的旋转，可以灵活调整实验区域，实现燃烧室模型更高自由度的调节。

优选的，所述第一螺纹孔23和第二螺纹孔24均为阶梯孔，便于第一L型连接件17和第二L型连接件20的安装。

定容弹为封闭圆柱体，在圆柱面上成90°角开有四个视窗，圆柱下底面结构复杂，只有喷嘴底座6的圆柱上底面便于安装所述燃烧室模型支架，燃烧室模型支架主要部件设计在燃烧室模型两侧与下方，不影响纹影、PLIF等实验的光路，而且将燃烧室模型支架安装在喷嘴底座6上有利于燃烧室模型支架与喷嘴之间的精确定位。将燃烧室模型支架安装在喷嘴底座6上并置于定容弹内，只能通过上述直径为140mm的视窗。所以，由于尺寸限制，安装不方便，不宜使用复杂结构，所述支架尺寸必须足够小，结构紧凑。在一种实施方式中，所述第一导轨1和第二导轨2的长度为100mm，宽度为15mm，厚度为3mm；第三轨道3的长度为147mm，宽度为15mm，厚度为3mm。本实验为可视化光学实验，气体从喷嘴底座6的喷孔25喷出的喷射实验过程由高速相机记录，由喷嘴底座6，燃烧室模型支架所包围的区域为实验区域，也是高速相机视窗，在此区域内，由于该装置的结构紧凑，安装位置合理，没有任何结构遮挡光路，使得实验可正常进行。

本发明通过设计一种结构紧凑、尺寸较小、可以安装在定容弹内部紧凑的燃烧室模型支架，可自由调整燃烧室模型11的位置，从而改变喷射高度，喷射角度，撞击点等参数，同时不影响纹影、PLIF等光学实验的光路，并且可以安装在定容弹内部。本发明可实现，在不影响实验光路的前提下，在定容弹内部灵活调节燃烧室模型位置，结构紧凑，操作方便。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，包括喷嘴底座(6)、燃烧室模型支架和燃烧室模型(11)；

所述喷嘴底座(6)为圆台型结构，所述喷嘴底座(6)底部的外围部分开有第一螺纹孔(23)和第二螺纹孔(24)；

所述燃烧室模型支架包括第一导轨(1)、第二导轨(2)、第三导轨(3)和燃烧室模型座(5)；第一导轨(1)上设有第一通槽(7)，第二导轨(2)设有第二通槽(8)，第三导轨(3)上设有第三通槽(9)；

所述第一导轨(1)和第二导轨(2)的上端分别与喷嘴底座(6)可拆卸连接；所述第一导轨(1)的下端通过第一螺栓(12)与第三导轨(3)可拆卸连接，第一螺栓(12)可在第一通槽(7)和第三通槽(9)内移动；所述第二导轨(2)的下端与第三导轨(3)的另一端通过第二螺栓(13)可拆卸连接，第二螺栓(13)可在第二通槽(8)内移动；

所述燃烧室模型座(5)的上面设有凹槽(14)，所述燃烧室模型(11)安装在凹槽(14)上，燃烧室模型座(5)的下面与第三导轨(3)可移动连接。

2.根据权利要求1所述的用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，所述燃烧室模型支架还包括第四导轨(4)；所述燃烧室模型座(5)的下面通过第四导轨(4)与第三导轨(3)可移动连接；

所述第四导轨(4)为L型；所述第四导轨(4)的一端上设有第四通槽(10)；所述燃烧室模型座(5)通过第三螺栓(15)与第四导轨(4)连接，所述第三螺栓(15)可在第四通槽(10)内移动；第四导轨(4)的另一端通过第四螺栓(16)与所述第三导轨(3)可拆卸连接，第四螺栓(16)可在第三通槽(9)内移动。

3.根据权利要求1或2所述的用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，还包括第一L型连接件(17)，所述第一L型连接件(17)的一端与喷嘴底座(6)通过第五螺栓(18)连接，另一端通过第六螺栓(19)与第一导轨(1)的上端连接。

4.根据权利要求1所述的用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，还包括第二L型连接件(20)，所述第二L型连接件(20)的一端与喷嘴底座(6)通过第七螺栓(21)连接，另一端通过第八螺栓(22)与第二导轨(2)的上端连接。

5.根据权利要求1所述的用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，所述第一螺纹孔(23)和第二螺纹孔(24)位于所述喷嘴底座(6)外围的中部、且相互对称。

6.根据权利要求5所述的用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，所述第一螺纹孔(23)和第二螺纹孔(24)均为阶梯孔。

7.根据权利要求3所述的用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，其特征在于，所述第一导轨(1)、第二导轨(2)、第三导轨(3)、第四导轨(4)和燃烧室模型座(5)均为不锈钢薄片制成。