CN108644044A - 一种用于多孔喷嘴的多油束分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于多孔喷嘴的多油束分离器，属于检测技术领域。它解决了采用现有设备无法对多孔喷油器的特定油束的雾化特性进行独立而且免受其他油束的干扰和影响、的检测等技术问题。本用于多孔喷嘴的多油束分离器包括分离器主体，分离器主体内具有空腔，分离器主体的一端开设有能固定多孔喷嘴且与空腔连通的固定孔，分离器主体的侧面开设有至少一个能使得油束不受干扰喷出的油束保护孔、分别位于对应油束保护孔两侧的导流孔和若干泄油孔，上述油束保护孔、导流孔和泄油孔呈圆周分布，导流孔与对应的油束保护孔相邻，导流孔的外端口远离油束保护孔的外端口使得从两个导流孔喷出的油束与油束保护孔中喷出的油束相互独立。

Description

一种用于多孔喷嘴的多油束分离器

技术领域

本发明属于发动机燃油喷雾特性及其测试试验技术领域，涉及一种用于多孔喷嘴的多油束分离器。

背景技术

随着世界性能源危机和环境污染的日益加剧，更加严格的排放法规被提出，节能减排成为了当今世界性的热点问题。日益严峻的能源危机和不断提高的排放标准意味着对发动机技术提出了更高的要求，如何提高燃油经济性并且减少排放成为了发动机研究领域的热点问题。

在液体燃料发动机中，燃料的雾化和蒸发过程及与空气的混合过程直接影响着燃烧及排放的性能，尤其是对燃油喷射装置的雾化特性的掌握至关重要。建立燃料雾化模型需要获得燃料的喷雾特性及其与周围环境参数之间的关系，需要对燃油的雾化过程进行各种测量和分析，根据测量获得的喷雾锥角、贯穿距、粒径分布等参数来标定喷雾仿真模型，从而实现对发动机喷雾的模拟和优化。

如今大多数柴油机和汽油机使用的是多孔喷嘴，燃油在通过多孔喷嘴时会形成若干束喷雾。由于多孔喷嘴的尺寸较小，孔与孔之间距离较近，从多孔喷嘴的某一个孔喷出的喷雾油束通常会与相邻喷雾油束的相互干扰。这是因为油束都具有一定的锥角，在喷出一定距离后由于周围空气的卷入喷雾所占体积不断增大，相邻油束之间的距离随之不断减小，甚至最后发生相互掺混的现象。然而目前喷雾仿真模型的标定普遍需要的是单束油束的雾化特性的实测数据，因此有必要在测量喷雾特性的实际过程中需要对多孔喷嘴的油束进行分离处理，将其中某一束完全单独分离出来以进行实验观察和测量，排除周边所有其它各油束对该待测油束的干涉(物理上相互接触)和遮挡(在测试光路中受干扰)；目前并未有特定的设备能对单束油束的雾化特性的实测数据进行检测。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种用于多孔喷嘴的多油束分离器,本发明解决的技术问题是能对单束油束的雾化特性的实测数据进行检测。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种用于多孔喷嘴的多油束分离器，包括分离器主体，所述分离器主体内具有空腔，所述分离器主体的一端开设有能固定多孔喷嘴且与空腔连通的固定孔，其特征在于，所述分离器主体的侧面开设有至少一个能使得油束不受干扰喷出的油束保护孔、分别位于对应油束保护孔两侧的导流孔和若干泄油孔，上述油束保护孔、导流孔和泄油孔呈圆周分布，所述导流孔与对应的油束保护孔相邻，所述导流孔的外端口远离油束保护孔的外端口使得从两个所述导流孔喷出的油束与油束保护孔中喷出的油束在物理上相互独立或在测试光路中不受干扰。

检测时先将待测多孔喷嘴插入固定孔内固定，多孔喷嘴中的其中一个喷孔与油束保护孔对齐，其它喷孔分别与导流孔和泄油孔对齐。当多孔喷嘴中的阀开启时燃油从多孔喷嘴中的各喷孔喷出，其油束分别穿入对应的油束保护孔、导流孔和泄油孔，最后喷出油束分离器。通过导流孔将位于油束保护孔两侧的油束引导远离从油束保护孔喷出的油束，避免从油束保护孔喷出的油束受到位于两侧油束的干扰，同时油束保护孔能保证油束不受周围油束和气流的干扰而喷出，因此在没有受到干扰的情况下能准确检测出与油束保护孔对齐的喷嘴中喷出的油束的特性数据，从而保证测得的单束油束的雾化特性忠实于未采用油束分离器的该油束的喷雾特性；在需要对多孔喷嘴其它喷嘴的油束检测时只需要转动多孔喷嘴将需要检测的喷嘴与油束保护孔对齐即可，操作方便，适用性广；油束保护孔可以为一个或者多个，每个油束保护孔均位于相邻的两个导流孔之间即可。

在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，所述导流孔内的流道弯曲设置，所述导流孔外端口的中心线与油束保护孔的中心线之间的夹角大于对应多孔喷嘴中相邻喷嘴的中心线之间的夹角。导流孔外端口的中心线为导流孔流道的中心线的延伸线，该结构能使得从导流孔喷出的油束远离从油束保护孔喷出的油束，从而避免相互干扰，保证检测的油束数据符合准确并切合实际情况。

作为另一种情况，在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，所述导流孔内的流道弯曲设置，所述导流孔的外端口的朝向相对油束保护孔外端口的朝向偏上或者偏下。该结构能使得从导流孔喷出的油束向上或者向下偏离从油束保护孔喷出的油束，从而避免相互干扰，保证检测的油束数据符合准确并切合实际情况。

在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，油束进入导流孔内时与油束与接触的导流孔内壁的切线之间的夹角为入射角θ_C,θ_C的临界值满足的关系，其中ρ为液滴密度，σ为液滴表面张力，下标c表示是临界值(critical),d_h为多孔喷嘴中喷嘴的孔径，V为油束的速度，We为韦伯数，We满足其中V_n为油束的法向射入角。满足上述要求的导流孔能确保油束在导流孔内经过一次反弹或多次反弹后能够成功流出导流孔不停留在导流孔中或经过反弹打回导流孔入口处，使得油束通过导流孔内时不会有阻力，使得多孔喷嘴中喷出的油束不会收到扰动，保证检测的油束数据准确并符合实际情况。

在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，所述分离器主体位于油束保护孔的内端口处具有向内腔内凸起的延伸套，所述延伸套具有呈锥形的内孔，所述内孔的中心线与油束保护孔的中心线共线，所述内孔直径较大的一端与油束保护孔的内端口对接连通。延伸套能与多孔喷嘴待测油束的喷孔出口靠的更近，与油束保护孔对齐的喷嘴喷出的油束首先进入延伸套，再进入油束保护孔，通过延伸套能使得油束从喷嘴到油束保护孔之间的行程被包裹起来，避免在此行程中外界(比如，其它油束可能有少量燃油被挡住或溅到内壁面上反弹而残留在空腔内部)对油束造成扰动，从而使得从油束保护孔喷出的油束更接近实际情况，保证检测的油束数据准确并符合实际情况。

在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，所述油束保护孔的直径自内端口向外端口逐渐增大。油束在通过油束保护孔时面积逐渐增大，该结构能保证油束通过时不会被油束保护孔干扰，保证检测的油束数据准确并符合实际情况。

在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，所述分离器主体上还开有与空腔连通的排油孔，所述排油孔与固定孔相对设置。排油孔用于将少量可能被挡住或溅到内壁面上反弹而残留在空腔内部的燃油排出，避免积聚对油束造成干扰。

在上述的用于多孔喷嘴的多油束分离器中，所述泄油孔的直径自内端口向外端口逐渐增大。该结构能保证不影响待测油束的其它油束自由通过泄油孔。

与现有技术相比，本专利用于多孔喷嘴的多油束分离器具有在检测时将需要检测的油束与不需要检测的油束完全分离开，避免干扰，从而能实现对单束油束的雾化特性的实测数据的精确采集的优点。

附图说明

图1是本多油束分离器的立体结构示意图。

图2是本多油束分离器的另一个视角的立体结构示意图。

图3是本多油束分离器的另一个视角的立体结构示意图。

图4是本多油束分离器的纵向剖视结构示意图。

图5是本多油束分离器的横向剖视结构示意图。

图6是本油束进入导流孔后的路径图。

图中，1、分离器主体；2、空腔；3、固定孔；4、油束保护孔；5、导流孔；6、泄油孔；7、延伸套；71、内孔；8、排油孔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图5所示，用于多孔喷嘴的多油束分离器，包括分离器主体1，分离器主体1内具有空腔2，分离器主体1的一端开设有能固定多孔喷嘴且与空腔2连通的固定孔3，其特征在于：分离器主体1的侧面开设有至少一个能使得油束不受干扰喷出的油束保护孔4、分别位于对应油束保护孔4两侧的导流孔5和若干泄油孔6，油束保护孔4的直径自内端口向外端口逐渐增大，泄油孔6的直径自内端口向外端口逐渐增大，上述油束保护孔4、导流孔5和泄油孔6呈圆周分布，导流孔5与对应的油束保护孔4相邻，导流孔5的外端口远离油束保护孔4的外端口使得从两个导流孔5喷出的油束与油束保护孔4中喷出的油束相互独立，分离器主体1上还开有与空腔2连通的排油孔8，排油孔8与固定孔3相对设置。

导流孔5内的流道弯曲设置，导流孔5外端口的中心线与油束保护孔4的中心线之间的夹角大于对应多孔喷嘴中相邻喷嘴的中心线之间的夹角。

如图6所示，导流孔5的设计准则如下：离开喷嘴喷孔的燃料油束油束进入导流孔5。由于导流孔5的中心轴线与油束中心轴线不重合，油束必将撞击导流孔5壁面。依油束与导流孔5壁面的接近角、油束速度、流体物性等的不同，油束撞击导流孔5壁面后的流动会有反弹、附壁、飞溅三种形式。根据Avedisian等人于The Circular Hydraulic Jump in LowGravity一文中，油束撞击湿润壁面由反弹转变为附壁状态的临界韦伯We_c1＝5；据林庆国等在油束角度和壁面曲率对撞壁液膜的影响一文中，由附壁状态转变为飞溅的临界韦伯数:We_c2＝1320·La^-0.18，其中La为Laplace数，La＝ρσd/μ²，ρ为液滴密度，σ为液滴表面张力，d为液滴直径，μ为液滴粘度；而油束分离器实际使用中的韦伯数可以通过来计算，其中V_n为油束的法向射入速度，d_h为多孔喷嘴中喷嘴的孔径，通过比较We与We_c1和We_c2，可以得知油束撞击湿润壁面后的状态。由于V_n＝V·sinθ，V为为油束速度，θ为入射角，因此为避免附壁和飞溅的发生，来流油束与流道切线方向夹角的油束接近角入射角必须满足一定取值范围，临界入射角临界油束接近角θ_c可以根据实际流体介质的物理属性如密度，粘度、喷孔直径、来流油束流速算出。导流孔5流道设计的原则是确保油束在导流孔5内经过一次反弹或多次反弹后能够成功流出导流孔5，不能停留在导流孔5中或经过反弹打回导流孔5入口处。在临界入射角确定以后，可以通过优化导流孔5流道的截面形状和流道走向来改变实际接近角，以保证实际接近角在临界入射角范围之内。

分离器主体1位于油束保护孔4的内端口处具有向内腔内凸起的延伸套7，延伸套7具有呈锥形的内孔71，内孔71的中心线与油束保护孔4的中心线共线，内孔71直径较大的一端与油束保护孔4的内端口对接连通，延伸套7靠近固定孔3的侧壁上开有导流缺口。

检测时先将多孔喷嘴插入固定孔3内固定，多孔喷嘴中的其中一个喷孔与油束保护孔4对齐，其它喷孔分别与导流孔5和泄油孔6对齐。当开启多孔喷嘴的控制阀时，从喷嘴的多个喷孔喷出的各油束分别穿入对应的油束保护孔4、导流孔5和泄油孔6后喷出油束分离器，通过导流孔5将位于油束保护孔4两侧的油束引导远离从油束保护孔4喷出的待测油束，避免从油束保护孔4喷出的油束受到位于两侧油束的干扰，同时油束保护孔4能保证油束不受干扰的喷出，因此在没有干扰的情况下能准确检测出与油束保护孔4对齐的喷嘴中喷出的油束的数据，从而实现对单束油束的雾化特性的实测数据的精确采集；在需要对多孔喷嘴其它喷嘴的油束检测时只需要转动多孔喷嘴将需要检测的喷嘴与油束保护孔4对齐即可，操作方便，适用性广；油束保护孔4可以为一个或者多个，每个油束保护孔4均位于相邻的两个导流孔5之间即可。

实施例二

本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：导流孔5内的流道弯曲设置，导流孔5的外端口的朝向相对油束保护孔4外端口的朝向偏上或者偏下。该结构能使得从导流孔5喷出的油束向上或者向下偏离从油束保护孔4喷出的油束，从而避免相互干扰，保证检测的油束数据准确并符合实际情况。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种用于多孔喷嘴的多油束分离器，包括分离器主体(1)，所述分离器主体(1)内具有空腔(2)，所述分离器主体(1)的一端开设有能固定多孔喷嘴且与空腔(2)连通的固定孔(3)，其特征在于，所述分离器主体(1)的侧面开设有至少一个能使得油束不受干扰地喷出的油束保护孔(4)、分别位于对应油束保护孔(4)两侧的导流孔(5)和若干泄油孔(6)，上述油束保护孔(4)、导流孔(5)和泄油孔(6)呈圆周分布，所述导流孔(5)与对应的油束保护孔(4)相邻，所述导流孔(5)的外端口远离油束保护孔(4)的外端口使得从两个所述导流孔(5)喷出的油束与油束保护孔(4)中喷出的油束在物理上相互独立或在测试光路中不受干扰。

2.根据权利要求1所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，所述导流孔(5)内的流道弯曲设置，所述导流孔(5)外端口的中心线与油束保护孔(4)的中心线之间的夹角大于对应多孔喷嘴中相邻喷嘴的中心线之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，所述导流孔(5)内的流道弯曲设置，所述导流孔(5)的外端口的朝向相对油束保护孔(4)外端口的朝向偏上或者偏下。

4.根据权利要求1所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，油束进入导流孔(5)内时与油束接触的导流孔(5)内壁的切线之间的夹角为入射角θ_C,θ_C的临界值满足的关系，其中ρ为液滴密度，σ为液滴表面张力，下标c表示临界值,d_h为多孔喷嘴中喷嘴的孔径，V为油束的速度，We为韦伯数，We满足其中V_n为油束的法向射入速度。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，所述分离器主体(1)位于油束保护孔(4)的内端口处具有向内腔内凸起的延伸套(7)，所述延伸套(7)具有呈锥形的内孔(71)，所述内孔(71)的中心线与油束保护孔(4)的中心线共线，所述内孔(71)直径较大的一端与油束保护孔(4)的内端口对接连通。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，所述油束保护孔(4)的直径自内端口向外端口逐渐增大。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，所述分离器主体(1)上还开有与空腔(2)连通的排油孔(8)，所述排油孔(8)与固定孔(3)相对设置。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的用于多孔喷嘴的多油束分离器，其特征在于，所述泄油孔(6)的直径自内端口向外端口逐渐增大。