CN106932527A - 一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统 - Google Patents

一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统。包括定容燃烧弹弹体、进气系统、排气系统、点火模块、加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统、激光诊断系统、电控单元。本发明可以研究不同初始压力和温度下，不同液体燃料的喷雾扩散燃烧特性。实验时，利用点火模块将预先充入在定容燃烧弹内的预混可燃气体点燃，在定容弹内产生高温高压的环境以模拟柴油机压缩上止点附近缸内高温、高压的环境，在定容弹压力下降到设定值时，控制单元控制喷油器将高压燃油喷入定容弹内，燃油在定容燃烧弹内迅速雾化并被压燃，利用纹影成像系统同步记录燃油压燃燃烧火焰传播过程，结合激光诊断技术研究不同液体燃料的喷雾扩散燃烧特性。

Description

一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统
技术领域
本发明涉及发动机燃烧过程的试验装置领域，具体涉及一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统。
背景技术
定容燃烧弹(constant volume combustion comb)是研究发动机燃烧过程的重要试验装置，是一种良好的介于理论分析和实际应用的研究载体，其原理是在定容积的密闭空间中做燃料的燃烧试验以模拟发动机活塞在上止点附近燃烧腔内的燃烧情况。目前定容燃烧弹研究课题集中在层流预混燃烧和湍流燃烧，在定容燃烧弹中开展液体燃料喷雾扩散燃烧的研究较少，针对此问题，本发明提出了一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统。
发明内容
本发明的目的是实现液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究，提供一种研究试验系统。
本发明的液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统包括定容燃烧弹弹体、进气系统、排气系统、点火模块、温控加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统、激光诊断系统、电控单元；进气系统与定容燃烧弹弹体的进气孔相连；排气系统与定容燃烧弹弹体的排气孔；点火模块的对置中心点火电极位于定容燃烧弹弹体内；温控加热模块为定容燃烧弹弹体加热；高压共轨系统为定容燃烧弹弹体提供高压燃油；数据采集模块采集定容燃烧弹弹体内的数据；纹影成像系统对定容燃烧弹弹体内的喷雾扩散燃烧过程进行拍摄，激光诊断系统对燃烧产物进行分析；电控单元与进气系统、点火模块、温控加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统相连。
优选的，所述的定容燃烧弹总体呈八棱柱造型，左右端面安装纹影视窗，八个侧面分别安装喷油器、温度传感器、诱导激光入射窗口、高压侧中心电极、荧光信号出射窗口、压力传感器、诱导激光出射窗口、低压侧中心电极；八个侧面均预留有加热电阻的安装孔可对定容燃烧弹加热。定容燃烧弹弹体还开有进/排气孔和进/排气系统对接，容弹弹体采用的材料为40Cr，耐压极限为20MPa。
优选的，所述的进气系统包括预混气瓶、电磁阀；由电控单元控制电磁阀的开度从而控制定容燃烧弹内预混燃烧气的进气量。
优选的，所述的排气系统包括排气阀、压力表、真空稳压包、真空泵；排气系统的作用是在充入可燃气体前将定容燃烧弹内部抽至真空并在完成燃烧试验后抽出燃烧产物。
优选的，所述的点火模块包括点火线圈、高压侧中心电极和低压侧中心电极；高压侧中心电极和低压侧中心电极的电极丝将电火花引入定容燃烧弹中心处，点火线圈由电控单元驱动并能够实现点火时间可控，点火能量可调的功能。中心电极是将火花塞的接地端焊接较细的电机丝将电火花引入定容燃烧弹中心处，点火线圈由电控单元驱动并能够实现点火时间可控，点火能量可调。
优选的，所述的温控加热模块包括加热电阻和直流稳压加热电源；加热电阻安装于定容燃烧弹八个侧面的加热电阻安装孔中，直流稳压加热电源向加热电阻供电，弹体内温度不断升高，当升高到设定的目标值时，电控单元切断加热电源供电回路，停止加热。
优选的，所述的高压共轨系统包括燃油箱、滤清器、高压燃油泵、高压共轨管、轨压传感器、喷油器；燃油箱内的燃油在高压燃油泵的带动下经过滤清器进入高压共轨管，高压共轨管的目标压力由实验人员设定，轨压传感器实时监测油压，喷油器在电控单元的控制下向定容燃烧弹内喷入燃油，喷油脉宽可调，喷油量可标定。
优选的，所述的数据采集模块包括压力传感器、温度传感器、数据采集卡以及计算机；数据采集卡采集压力传感器、温度传感器的输出电压并传输到计算机。
优选的，所述的激光诊断系统包括诱导激光发生装置、荧光信号接收装置，诱导激光发生装置产生一定波长的激光，燃烧产物在激光的照射下迅速升温并发出荧光被荧光信号接收装置接收。
优选的，所述的电控单元和计算机进行通讯，并接收计算机所传递的点火命令、初始燃烧目标温度以及高压共轨管的目标轨压。
所述的电控单元包括中心电极点火驱动电路、脉冲信号输出电路、加热电源控制电路、轨压控制电路，与计算机进行can通讯，接收计算机所传递的点火命令、初始燃烧目标温度以及高压共轨管的目标轨压并向计算机传递容弹内温度、压力以及共轨管油压信息。
附图说明
图1是本发明液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统的结构示意图。
图中：1.高压共轨管；2.高压燃油泵；3.轨压传感器；4.滤清器；5.燃油箱；6.数据采集卡；7.直流稳压加热电源；8.喷油器；9.温度传感器；10.加热电阻；11.定容燃烧弹；12.入射抛物面镜；13.点光源；14.入射平面镜；15.诱导激光发生装置；16.预混气瓶；17.电磁阀；18.荧光信号接收器；19a.高压侧中心电极；19b.低压侧中心电极；20.压力表；21.压力传感器；22.排气阀；23.真空稳压包；24.真空泵；25.出射抛物面镜；26.刀口；27.高速摄影机；28.出射平面镜；29.点火线圈；30.计算机；31.电控单元。
具体实施方式
如图1所示，本发明的液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统包括定容燃烧弹弹体、进气系统、排气系统、点火模块、温控加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统、激光诊断系统、电控单元；进气系统与定容燃烧弹弹体的进气孔相连；排气系统与定容燃烧弹弹体的排气孔；点火模块的对置中心点火电极位于定容燃烧弹弹体内；温控加热模块为定容燃烧弹弹体加热；高压共轨系统为定容燃烧弹弹体提供高压燃油；数据采集模块采集定容燃烧弹弹体内的数据；纹影成像系统对定容燃烧弹弹体内的喷雾扩散燃烧过程进行拍摄，激光诊断系统对燃烧产物进行分析；电控单元与进气系统、点火模块、温控加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统相连。
所述的定容燃烧弹11总体呈八棱柱造型，左右端面安装纹影视窗，八个侧面分别安装喷油器8、温度传感器9、诱导激光入射窗口、高压侧中心电极19a、荧光信号出射窗口、压力传感器21、诱导激光出射窗口、低压侧中心电极19b；八个侧面均预留有加热电阻10的安装孔可对定容燃烧弹加热。定容燃烧弹弹体还开有进/排气孔和进/排气系统对接，容弹弹体采用的材料为40Cr，耐压极限为20MPa。
所述的进气系统包括预混气瓶16、电磁阀17；由电控单元31控制电磁阀17的开度从而控制定容燃烧弹11内预混燃烧气的进气量。
所述的排气系统包括排气阀22、压力表20、真空稳压包23、真空泵24；排气系统的作用是在充入可燃气体前将定容燃烧弹11内部抽至真空并在完成燃烧试验后抽出燃烧产物。
所述的点火模块包括点火线圈29、高压侧中心电极19a和低压侧中心电极19b；高压侧中心电极19a和低压侧中心电极19b的电极丝将电火花引入定容燃烧弹中心处，点火线圈29由电控单元31驱动并能够实现点火时间可控，点火能量可调的功能。中心电极是将火花塞的接地端焊接较细的电机丝将电火花引入定容燃烧弹中心处，点火线圈由电控单元驱动并能够实现点火时间可控，点火能量可调。
所述的温控加热模块包括加热电阻10和直流稳压加热电源7；加热电阻10安装于定容燃烧弹11八个侧面的加热电阻安装孔中，直流稳压加热电源7向加热电阻10供电，弹体内温度不断升高，当升高到设定的目标值时，电控单元31切断加热电源供电回路，停止加热。
所述的高压共轨系统包括燃油箱5、滤清器4、高压燃油泵2、高压共轨管1、轨压传感器3、喷油器8；燃油箱内的燃油在高压燃油泵的带动下经过滤清器进入高压共轨管1，高压共轨管1的目标压力由实验人员设定，轨压传感器3实时监测油压，喷油器在电控单元31的控制下向定容燃烧弹11内喷入燃油，喷油脉宽可调，喷油量可标定。
所述的数据采集模块包括压力传感器21、温度传感器9、数据采集卡6以及计算机30；数据采集卡6采集压力传感器21、温度传感器9的输出电压并传输到计算机30。
所述的激光诊断系统包括诱导激光发生装置15、荧光信号接收装置18，诱导激光发生装置产生一定波长的激光，燃烧产物在激光的照射下迅速升温并发出荧光被荧光信号接收装置接收。
优选的，所述的电控单元31和计算机30进行通讯，并接收计算机30所传递的点火命令、初始燃烧目标温度以及高压共轨管1的目标轨压。
本发明系统的液体喷雾扩散燃烧特性研究的试验方法是在定容燃烧弹中利用预燃的方式产生高温、高压的环境以模拟柴油机压缩上止点附近缸内的热氛围。采用的实验方法如下：打开排气阀并开启真空泵，将定容弹抽至一定真空度(<0.5bar)，关闭排气阀和真空泵，打开进气电磁阀，充入预混气，等待定容燃烧弹内温度达到所设定的初始目标温度，由计算机向控制单元发送点火命令，电控单元驱动点火线圈将预混气点燃，从而在定容弹内产生高温、高压的环境，在定容弹内的压力下降到目标压力时，电控单元驱动喷油器向定容弹内喷入高压燃油，同时电控单元向高速摄影机和数据采集卡输出触发信号，触发高速摄影机对燃烧火焰的拍摄和数据采集卡对燃烧压力信号的采集，喷雾燃烧产物在诱导激光的照射下发出荧光并且被荧光信号接受装置接受。通过对火焰传播图像和燃烧压力信息以及燃烧产物的分析可以深入研究燃料喷雾燃烧特性。
通过本发明的液体喷雾扩散燃烧特性研究系统，通过点燃预先充入定容弹内的预混可燃气体在定容燃烧弹内产生高温高压的环境以模拟压燃式发动机压缩上止点附近的热氛围，进而向定容弹内喷入高压燃油，燃油在定容弹内雾化并被压燃，通过纹影成像系统记录其压燃燃烧过程，利用激光诊断技术捕捉燃烧产物生成信息，进而实现液体燃料喷雾扩散燃烧特性的研究。

Claims (10)

1.一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于包括定容燃烧弹弹体、进气系统、排气系统、点火模块、温控加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统、激光诊断系统、电控单元；进气系统与定容燃烧弹弹体的进气孔相连；排气系统与定容燃烧弹弹体的排气孔；点火模块的点火电极位于定容燃烧弹弹体内；温控加热模块为定容燃烧弹弹体加热；高压共轨系统为定容燃烧弹弹体提供高压燃油；数据采集模块采集定容燃烧弹弹体内的数据；纹影成像系统对定容燃烧弹弹体内的喷雾扩散燃烧过程进行拍摄，激光诊断系统对燃烧产物进行分析；电控单元与进气系统、点火模块、温控加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统相连。
2.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的定容燃烧弹(11)总体呈八棱柱造型，左右端面安装纹影视窗，八个侧面分别安装喷油器(8)、温度传感器(9)、诱导激光入射窗口、高压侧中心电极(19a)、荧光信号出射窗口、压力传感器(21)、诱导激光出射窗口、低压侧中心电极(19b)；八个侧面均预留有加热电阻(10)的安装孔可对定容燃烧弹加热。
3.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的进气系统包括预混气瓶(16)、电磁阀(17)；由电控单元(31)控制电磁阀(17)的开度从而控制定容燃烧弹(11)内预混燃烧气的进气量。
4.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的排气系统包括排气阀(22)、压力表(20)、真空稳压包(23)、真空泵(24)；排气系统的作用是在充入可燃气体前将定容燃烧弹(11)内部抽至真空并在完成燃烧试验后抽出燃烧产物。
5.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的点火模块包括点火线圈(29)、高压侧中心电极(19a)和低压侧中心电极(19b)；高压侧中心电极(19a)和低压侧中心电极(19b)的电极丝将电火花引入定容燃烧弹中心处，点火线圈(29)由电控单元(31)驱动并能够实现点火时间可控，点火能量可调的功能。
6.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的温控加热模块包括加热电阻(10)和直流稳压加热电源(7)；加热电阻(10)安装于定容燃烧弹(11)八个侧面的加热电阻安装孔中，直流稳压加热电源(7)向加热电阻(10)供电，弹体内温度不断升高，当升高到设定的目标值时，电控单元(31)切断加热电源供电回路，停止加热。
7.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的高压共轨系统包括燃油箱(5)、滤清器(4)、高压燃油泵(2)、高压共轨管(1)、轨压传感器(3)、喷油器(8)；燃油箱内的燃油在高压燃油泵的带动下经过滤清器进入高压共轨管(1)，高压共轨管(1)的目标压力由实验人员设定，轨压传感器(3)实时监测油压，喷油器在电控单元(31)的控制下向定容燃烧弹(11)内喷入燃油，喷油脉宽可调，喷油量可标定。
8.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的数据采集模块包括压力传感器(21)、温度传感器(9)、数据采集卡(6)以及计算机(30)；数据采集卡(6)采集压力传感器(21)、温度传感器(9)的输出电压并传输到计算机(30)。
9.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的激光诊断系统包括诱导激光发生装置(15)、荧光信号接收装置(18)，诱导激光发生装置产生一定波长的激光，燃烧产物在激光的照射下迅速升温并发出荧光被荧光信号接收装置接收。
10.如权利要求书1所述的一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统，其特征在于所述的电控单元(31)和计算机(30)进行通讯，并接收计算机(30)所传递的点火命令、初始燃烧目标温度以及高压共轨管(1)的目标轨压。
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