CN107748221A - 一种液滴蒸发试验装置 - Google Patents

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孙潮
李立昌
陈挑挑
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Abstract

本发明提供了一种液滴蒸发试验装置，包括拍摄系统、加热装置和微量进样器；所述加热装置包括加热圈，所述加热圈顶部设有通孔，所述微量进样器穿过通孔伸入所述加热圈内，且不与加热圈内壁接触；所述微量进样器悬挂在铁架台上；所述加热装置内部设有温度调节器，用于调节加热圈内部的温度；所述拍摄系统包括高速摄像机和漫射光源，所述高速摄像机位于加热圈的一侧，用于拍摄微量进样器产生的滴液；所述漫射光源位于加热圈的另一侧。还包括压力室和加压系统。本发明可以通过加热装置和压力室可以更加真切地模拟燃油在燃烧室中的蒸发状况，解决了燃烧室高温高压环境下悬浮液滴蒸发。

Description

一种液滴蒸发试验装置
技术领域
本发明涉及液滴蒸发领域，特别涉及一种液滴蒸发试验装置。
背景技术
燃油液滴蒸发过程的形态变化以及蒸发速率对其应用具有重要的影响。具有不同蒸发特性的燃油喷射到发动机燃烧室内，由于蒸发速率不同，燃烧特性也因此不同。
现有的蒸发装置是固着液滴蒸发试验装置，其采用铝质平板对液滴进行加热，这种装置只能用来研究固着液滴的蒸发，且此装置没有压力室，无法测得液滴在高压环境下的蒸发。然而对于发动机燃烧室中的燃油来说，影响其蒸发的主要因素是温度和压力，而且燃油喷射到燃烧室中立即雾化，形成小液滴，大部分呈悬浮状态，现有的技术无法提供发动机燃烧室高压的蒸发环境。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种液滴蒸发试验装置，结合了发动机实际工作环境，真切的模拟了燃油液滴在发动机燃烧室中高温高压状态下蒸发状况。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种液滴蒸发试验装置，其特征在于，包括拍摄系统、加热装置和微量进样器；所述加热装置包括加热圈，所述加热圈顶部设有通孔，所述微量进样器穿过通孔伸入所述加热圈内，且不与加热圈内壁接触；所述微量进样器悬挂在铁架台上；所述加热装置内部设有温度调节器，用于调节加热圈内部的温度；所述拍摄系统包括高速摄像机和漫射光源，所述高速摄像机位于加热圈的一侧，用于拍摄微量进样器产生的滴液；所述漫射光源位于加热圈的另一侧。
进一步，还包括压力室和加压系统；所述压力室内放置加热装置和微量进样器，所述压力室上设有至少2个观察视镜，其中一个所述观察视镜正对所述高速摄像机，另一个所述观察视镜正对所述漫射光源；所述加压系统包括增压泵，所述增压泵通过管道与压力室连接；所述压力室上设有压力传感器和泄压阀。
进一步，所述压力室上设有密封门。
进一步，所述压力室内加压的范围为0.1MPa-5MPa。
进一步，所述加热装置通过温度调节器调节温度的范围为常温-800K。
进一步，所述加热装置为中频电磁加热装置。
进一步，所述高速摄像机与电脑连接。
进一步，所述高速摄像机底部设有高度调节装置。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的液滴蒸发试验装置，通过加热装置和压力室可以更加真切地模拟燃油在燃烧室中的蒸发状况，解决了燃烧室高温高压环境下悬浮液滴蒸发的难题。
2.本发明所述的液滴蒸发试验装置，能使悬浮液滴从常温进入高温高压环境，针对不同的温度和压力可任意调节。
附图说明
图1为本发明所述的液滴蒸发试验装置在无压力状态下的示意图。
图2为本发明所述的液滴蒸发试验装置在有压力状态下的示意图。
图3为图2的左视图。
图中：
1-电脑；2-高速摄像机；3-加热圈；4-微量进样器；5-通孔；6-漫射光源；7-液滴；8-高度调节机构；9-压力室；10-压力传感器；11-泄压阀；12-密封门；13-观察视镜；14-气体增压泵；15-铁架台；16-温度调节器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种无压力状态下的液滴蒸发试验装置，包括拍摄系统、加热装置和微量进样器4；所述加热装置包括加热圈3，所述加热圈3顶部设有通孔5，所述微量进样器4穿过通孔5伸入所述加热圈3内，且不与加热圈3内壁接触；所述微量进样器4悬挂在铁架台15上；所述加热装置内部设有温度调节器16，用于调节加热圈3内部的温度；所述拍摄系统包括高速摄像机2和漫射光源6，所述高速摄像机2位于加热圈3的一侧，用于拍摄微量进样器4产生的滴液7；所述漫射光源6位于加热圈3的另一侧。所述高速摄像机2与电脑1连接，用于将图像或者视频传递给电脑进行后期处理。为了保证所述高速摄像机2拍摄的高度，所述高速摄像机2底部设有高度调节装置8。所述加热装置为中频电磁加热装置。
如图2和图3所示，一种有压力状态下的液滴蒸发试验装置，在无压力试验装置的基础上增加压力室9和加压系统；所述压力室9内放置加热装置和微量进样器4，所述压力室9上设有至少2个观察视镜13，其中一个所述观察视镜13正对所述高速摄像机2，另一个所述观察视镜13正对所述漫射光源6；所述加压系统包括增压泵14，所述增压泵14通过管道与压力室9连接；所述压力室9上设有压力传感器10和泄压阀11。所述压力室9上设有密封门12，用于初始放置微量进样器4。所述压力室9内加压的范围为0.1MPa-5MPa，根据实验要求调节泄压阀11的启跳的安全压力；所以压力室的设计按照压力容器标准设计。所述加热装置通过温度调节器16调节温度的范围为常温-800K。
本发明的试验步骤如下：
1.搭建试验装置；
如图1和图2所示，调节高度调节机构8，使高速摄像机2的镜头在加热圈3的中心轴线上；将微量进样器4垂直插进加热圈3的通孔5中，按压微量进样器4使出液口形成适当大小的液滴7，使液滴7的中心定位在加热圈3的中心轴线上，微量进样器4固定在铁架台15上；调节高速摄像机2的焦距，使其聚焦在液滴7上；调节漫射光源6的位置，使高速摄像机2显示清晰的像。
2.标定加热圈温度；
当无需加压时：调节温度调节器16，使加热圈3的温度升高，用温度仪时时测量加热圈3中心轴线处的温度，待温度仪在目标温度t0波动最小时，记录下温度调节器16所显示的温度t1，标定3次取平均值。
当需要加压时：调节温度调节器16，使加热圈3的温度升高，用电脑1调整压力室9的压力到目标压力p0，用温度仪时时测量加热圈3中心轴线处的温度，待温度仪在目标温度t0波动最小时，记录下温度调节器16所显示的温度t2，标定3次取平均值。
3.开始试验；
当无需加压时：调整温度调节器16，使其显示t1，按压微量进样器4使出液口形成适当大小的液滴7；当压力室9内的温度波动最小时，打开高速摄像机2开始拍摄，直到液滴7蒸发完全为止。
当需要加压时，调整温度调节器16，使其显示t1；打开密封门12；按压微量进样器4使出液口形成适当大小的液滴7；关闭密封门12；用电脑1把压力室9的压力调整到目标压力p0；当压力室9内的压力和温度波动最小时，打开高速摄像机2开始拍摄，直到液滴7蒸发完全为止。
4.试验完成；
当液滴7蒸发完全时停止拍摄，加热圈3断电，将所拍摄的悬浮液滴蒸发视频发送至电脑1上进行处理。
5.结果分析
将视频导入KMPlayer软件中，对每隔Δt时间间隔的单帧图像的数字液滴进行提取，得到不同时刻的液滴蒸发图像；运用图像处理技术，可以得到不同温度和压力下的燃油气-液表面张力等燃油物理特性。
通常用液滴蒸发常数k来描述液滴蒸发特性，k越大，蒸发效果越显著，其中k＝(Dt 2-D0 2)/t(Dt是液滴在不同时刻的无量纲直径，D0是初始时刻液滴无量纲直径，t为时间)。采用等效球体积法可得到液滴不同蒸发时刻的直径dt，从而可计算出液滴无量纲直径Dt，其中Dt 2＝dt 2/d0 2(d0为液滴初始直径)。作D2-t图像，斜率即为蒸发常数k。
本装置能够可靠地实现液滴的生成和悬挂，并且处于一个可调可控的稳定的高温高压的环境，真切模拟发动机燃烧室的情况，为燃油蒸发特性的研究提供一个有效的试验环境。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种液滴蒸发试验装置，其特征在于，包括拍摄系统、加热装置和微量进样器(4)；所述加热装置包括加热圈(3)，所述加热圈(3)顶部设有通孔(5)，所述微量进样器(4)穿过通孔(5)伸入所述加热圈(3)内，且不与加热圈(3)内壁接触；所述微量进样器(4)悬挂在铁架台(15)上；所述加热装置内部设有与加热圈(3)连接的温度调节器(16)；
所述拍摄系统包括高速摄像机(2)和漫射光源(6)，所述高速摄像机(2)位于加热圈(3)的一侧，用于拍摄微量进样器(4)产生的滴液(7)；所述漫射光源(6)位于加热圈(3)的另一侧，所述高速摄像机(2)正对着漫射光源(6)布置。
2.根据权利要求1所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，还包括压力室(9)和加压系统；所述压力室(9)内放置加热装置和微量进样器(4)，所述压力室(9)上设有至少2个观察视镜(13)，其中一个所述观察视镜(13)正对所述高速摄像机(2)，另一个所述观察视镜(13)正对所述漫射光源(6)；所述加压系统包括增压泵(14)，所述增压泵(14)通过管道与压力室(9)连接；所述压力室(9)上设有压力传感器(10)和泄压阀(11)。
3.根据权利要求2所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，所述压力室(9)上设有密封门(12)。
4.根据权利要求2所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，所述压力室(9)内加压的范围为0.1MPa-5MPa。
5.根据权利要求1或2所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，所述加热装置通过温度调节器(16)调节温度的范围为常温-800K。
6.根据权利要求1或2所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，所述加热装置为中频电磁加热装置。
7.根据权利要求1或2所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，所述高速摄像机(2)与电脑(1)连接。
8.根据权利要求1或2所述的液滴蒸发试验装置，其特征在于，所述高速摄像机(2)底部设有高度调节装置(8)。
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