CN106353098A - 一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体，包括定容弹本体，定容弹本体采用圆饼形结构，内部中空形成可视化实验区域，在圆饼两侧开可视化窗孔用密封盖板压紧窗口端面加以密封，石英玻璃夹于本体与密封盖板之间；上端面开有喷油器安装座定位孔，独特的设计能够适配各类喷油器的使用，下端面开有定位螺纹孔，固定定容弹的位置；所述的定容弹本体径向开有各类的安装通孔，用以安装各类数据采集装置，所述的可视化喷雾定容燃烧弹结构简单，试验区域宽阔，光路通透，通过配合纹影法和激光诱导荧光技术能够对对喷雾和燃烧过程进行观察和测量，显著提高实验效率，还可以对不同喷油器进行喷雾特性的测试，提高了喷雾定容测试弹体的适应性。

Description

一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体

技术领域

本发明涉及一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体，属于内燃机技术领域。

背景技术

柴油机的各类热力参数(压力，温度，点火参数)等对于柴油机燃烧过程有着重大的影响。模拟各类情况下的柴油机燃烧性能，对于发动机燃烧系统的开发具有非常重要的意义。定容弹是一种发动机燃烧模拟实验装置，可以高效模拟柴油机各曲轴转角下的温度和压力以及燃烧室内的燃烧情况，可以精确控制多种热力学参数定量的研究各参数对发动机喷油器喷雾特性的影响。

作为研究柴油喷雾燃烧特性的主要装置，定容定容弹具有着明显的优点。中国专利CN 101943097 A公布了一种喷雾测试定容弹体，其弹体周向均有开口，每个开口位置通过石英法兰固定一块石英玻璃且弹体上盖与弹体下盖与弹体通过螺栓连接在一起，此发明周向开口能够灵活的布置测试光路具有普适性，但定容弹内部测试空腔形状不规则，不能满足试验对于散热计算的要求。中国专利CN 103926196 A公布了一种球形多功能定容弹，其外形为一个球体且具有两个以上的可视化窗，此发明结构简单，开有六个可视化窗口，可以灵活的布置测试光路，但对于满足实验高压要求较为困难。华中科技大学的邓鹏等人在《一种预混燃烧加热式定容燃烧弹的研发》一文中公布了一种定容燃烧弹，基于其尺寸的情况下，把传感器、火花塞、进排气孔均布置在8个角上，使结构变得较为紧凑，各种仪器设备的位置固定，不适合不符合本实验对于灵活布置各类仪器设备的要求，其小缸径的情况下，并不能满足我们对于船用柴油机高压，大油量喷雾模拟实验的要求。天津大学姚春德等人在《一种研究柴油甲醇双燃料的定容燃烧弹试验装置》一文中公布了一种定容燃烧弹弹，其设计合理但是缸径较小，并不能满足我们对于船用柴油机高压，大油量喷雾模拟实验的要求。先进的定容弹应该在保持结构简单，承受高温高压，且能满足满足对燃烧发生的特征规律以及燃烧过程的可视化观察前提下，同时满足定容弹空腔形状规整，光程短视清晰，能够便于计算燃烧过程中的散热的实验要求。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体，具体是一种可产生热力发动机燃烧室内气体环境(压力、温度、成分)的装置，适合燃油喷雾的雾化、蒸发、混合气的形成、燃烧等过程及其各种特性的光学测试和试验。

本发明的目的是这样实现的：包括定容弹本体、密封盖板、石英玻璃视窗和定容弹顶盖，所述定容弹本体为圆饼形结构、内部中空形成可视化试验区域，定容弹内表面的两侧分别设置有环形安装槽，所述密封盖板有两个，每个密封盖板是带孔的圆板，且在密封盖板的一侧设置有凹槽，所述石英玻璃视窗有两个，每个石英玻璃视窗的一侧安装在环形安装槽中、另一侧安装在凹槽中，密封盖板与定容弹本体通过螺栓连接，定容弹本体的上下两端面为平面，且在定容弹本体上端面的中间位置设置有通孔A，定容弹本体上端面、定容弹顶盖的底部端面均设置有两道安装密封圈的凹槽，定容弹顶盖与定容弹本体通过螺栓连接，且在定容弹顶盖的中心位置设置有与通孔A同轴线的通孔B。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.定容弹本体的下半部设置有进气孔和排气孔，且进气孔和排气孔对称设置在定容弹本体的两侧，进气孔和排气孔的轴线均与竖直方向夹角为60度，与进气孔同侧的定容弹本体上还设置有火花塞孔，火花塞孔的轴线与水平方向夹角为15度，与排气孔同侧的定容弹本体上设置有传感器孔，传感器孔的轴线与水平方向夹角为0度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的定容弹结构简单，加工方便，重量轻却能够承受高强度；可以显著提高喷雾特性实验的实验效率，在实验过程中通过纹影法配合高速摄像机能够完成对于柴油机喷雾燃烧实验流体的成像并提高喷雾特性实验中图像的拍摄效果，进而提高实验分析的准确性和实验质量，同时，还可以兼顾对不同喷油器的喷雾特性进行测试，提高了喷雾测试定容弹的适应性。

由于本发明定容弹本体采用圆饼形结构，仅在定容弹体前后两侧开窗口，定容弹结构完整最大程度的减少不必要的局部应力现象，能够承受更高的爆发压力，虽然重量轻却能够承受高强度。

由于本发明所提供喷雾测试定容定容弹体是通过喷油器安装座固定喷油器，对不同喷油器只需更换不同的安装座即可，适应性好，能降低实验成本。

由于本发明定容弹本体采用圆饼形结构，所述的各类安装孔均开在定容弹本体中心面上，其中进排气孔开在定容弹下半部，成对称设计，角度与竖直方向成60°，既能够使燃油喷雾与空气充分混合又促进尾气的排出，火花塞安装在弹体的中央位置，进气口一侧，与水平线成15度角，此时，火花塞能够恰当的点火。压力传感器安装在弹体中央位置，排气口一侧，与水平线成0°。

本发明采用采用大缸径弹体，更加接近船舶柴油机的实际尺寸，没有受到现有定容弹缸体形状的限制，选用更符合实际情况，更有利于研发试验的弹体，虽然在功能多用方面受到限制，但是能够进行极端条件下的实验测量，所进行的喷雾燃烧实验更加接近实际情况，具有更高的研发价值。

附图说明

图1为本发明可视化喷雾定容弹结构示意图；

图2为本发明可视化喷雾定容弹本体结构图；

图3为本发明可视化喷雾定容弹本体的半剖半俯视图；

图4为本发明可视化喷雾定容弹本体的竖直截面图；

图中：1-定容弹本体；10-测试区域；101-环形安装槽；102-进气孔；103-排气孔；104-火花塞孔；105-传感器孔；106-通孔A；2-密封盖；201-螺纹孔；202-通孔B；3-顶盖；31、32-密封凹槽；301-螺纹孔；4-石英玻璃视窗。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明提供的一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体，外观示意图如图1所示，主要包括：定容弹本体1，密封盖2，顶盖3，石英玻璃视窗4。定容弹本体1采用圆饼形结构，内部中空形成可视化试验区域10，在圆饼两侧开窗孔并加工同一尺寸的环形安装槽，用以安装视窗组件，安装槽的口径为186mm、深度约为0.75倍石英玻璃厚度，并用金属密封盖2固定石英玻璃4加以密封，两者密封端面承受主要的密封压力；所述的定容弹本体1上下端面为平面状，上端面开有喷油器安装座定位孔，下端面开有四个定位螺纹孔，便于定容弹安装在固定架上，是试验过程中定容弹稳定性的保证之一；所述的定容弹本体中心面径向开有各类的安装孔，与可视化窗口平行，用以安装各类试验组件；定容弹本体径向开有各类安装孔，具体位置根据实验的要求进行调整，满足更加广泛的实验条件。密封盖板2是内外径与弹体一致的带孔圆板，形状与弹体侧面相吻合，六个螺栓均匀分布在密封盖2上保证足够的受压均匀，也即通过贯穿螺栓与定容弹本体的机械连接，密封盖与定容弹本体接触面均进行倒角处理，便于密封安装，两者接触面承受大部分密封压力，使得石英玻璃受力均匀能够承受更大的爆发压力，在更加复杂恶劣的实验环境下依然能够保持良好的物理状态。在靠近定容弹本体的一侧有凹槽，便于配合定容弹本体1把石英玻璃4卡在二者中间，使石英玻璃的安装更加稳定。

图2是本发明中的弹体结构图，定容弹本体1两侧开窗口的安装凹槽101，用于安装石英玻璃4，窗口口径大，视野宽阔，光路简单，能够更直接简单测量所需要的实验数据，充分的观察油束在碰壁之前的运动及燃烧过程，简化实验计算。

本发明的定容定容弹结构简单，能够利用利用相关光学诊断技术通过透明可视的窗口对喷雾和燃烧过程进行观察和测量，对燃油喷雾的特性进行深入的研究和分析，显著提高实验效率。定容弹本体整体性完整，结构简单且缸径大，仅前后两个面承受局部压力大，通过有效的密封能够承受20MPa以上的爆发压力，能够满足高温，高压试验条件下的可视化柴油机喷雾测试试验。

图3为本发明的本体的半剖半俯视图，定容弹本体与定容弹顶盖采用套合的配合方式，螺栓连接作为辅助。本发明的定容弹顶盖为三层圆柱体结构，定容弹顶盖下层部分直接嵌合入定容弹体，避免定容弹与喷油器的直接接触，定容弹顶盖中层部分通过螺栓与定容弹本体相连接，定容弹上表面周围均匀分布四个螺栓孔301，用于顶盖3与定容弹本体1之间的连接，顶盖平面和弹体的接触平面有两个凹槽31、32，通过压合两道密封圈确保顶盖3具有比较好的密封性，两道密封圈的选择也充分考虑了定容弹试验环境对于密封性的要求，采用两道密封环搭配的方式，既能够防止气体外泄，也能形成相互保护的机制，防止气体高压下溢出，改变密封环位置，致使密封失效，在实验过程中不易被泄漏的气体所吹散。由于实验过程中高频振动比较明显，采用此类的密封方式，既能保证密封效果，又能保证在复杂的震动环境下安装盖的位置不发生相对的变化，保证密封性。顶盖中心通孔B202与定容弹本体中心通孔A106同轴心，通孔B内腔形状与喷油器外形相适应，使喷油器的底端依次穿过顶盖通孔B202和定容弹本体通孔A，顶盖中心通孔B内壁形状与喷油器的外壁形状相吻合，使喷油器能够顺利安装在通孔之中且保持良好的密闭性。

定容弹本体与顶盖，定容弹本体与密封板之间均采用密封连接，定容弹本体与石英玻璃，石英玻璃与密封板，顶盖与喷油器之间均采用密封，保证试验压力，定容弹的整体结构简单，整体性能优良，能够解决结构复杂装备笨重的技术难题。

图4为本发明本体竖直截面图，各类安装孔均开在定容弹本体中心面上，其中在定容弹下半部开有进气孔102、排气孔103，成对称设计，角度与竖直方向成60°，既能够使燃油喷雾与空气充分混合又促进尾气的排出；火花塞孔104开在弹体的中央偏上位置，与进气口一侧，与水平线成15度角，此时，火花塞能够恰当的点火；压力传感器孔105安装在弹体中央位置，排气口一侧，与水平线成0°。所述的安装孔根据需求的不同拥有不同的设计，数据采集装置安装孔为三级阶梯状，在定容弹体内壁上打三段直径深度各不相同的孔，最终贯穿到定容弹本体外壁面，根据试验组件类型的不同，选取不同的孔径，保证各种实验设备安装可靠，各类实验数据的准确获得。

本发明的定容弹在使用过程中，需要进行高温高压测试，需要对燃气、燃油进行加热。在定容弹之外安装加热系统，可以使的所有的准备工作得以在进入定容弹之前完成，因此燃气、燃油的温度都是可以通过加热器进行调解的，更能满足我们对于实验的各项指标的要求，进一步加深我们对于实验数据的理解。外部加热也使得我们能够减小定容弹的体积，拥有更加紧凑的结构，扩大光路的同时降低了危险性。

Claims (2)

1.一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体，其特征在于：包括定容弹本体、密封盖板、石英玻璃视窗和定容弹顶盖，所述定容弹本体为圆饼形结构、内部中空形成可视化试验区域，定容弹内表面的两侧分别设置有环形安装槽，所述密封盖板有两个，每个密封盖板是带孔的圆板，且在密封盖板的一侧设置有凹槽，所述石英玻璃视窗有两个，每个石英玻璃视窗的一侧安装在环形安装槽中、另一侧安装在凹槽中，密封盖板与定容弹本体通过螺栓连接，定容弹本体的上下两端面为平面，且在定容弹本体上端面的中间位置设置有通孔A，定容弹本体上端面、定容弹顶盖的底部端面均设置有两道安装密封圈的凹槽，定容弹顶盖与定容弹本体通过螺栓连接，且在定容弹顶盖的中心位置设置有与通孔A同轴线的通孔B。

2.根据权利要求1所述的一种用于柴油喷雾与燃烧可视化试验的定容弹体，其特征在于：定容弹本体的下半部设置有进气孔和排气孔，且进气孔和排气孔对称设置在定容弹本体的两侧，进气孔和排气孔的轴线均与竖直方向夹角为60度，与进气孔同侧的定容弹本体上还设置有火花塞孔，火花塞孔的轴线与水平方向夹角为15度，与排气孔同侧的定容弹本体上设置有传感器孔，传感器孔的轴线与水平方向夹角为0度。