CN109973173A - 一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验装置领域，并公开了一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置。包括可调节液滴生成单元、可调节气流生成单元、可调节油气混合单元、可调节实验管道单元和液滴信息采集及液膜分布测量单元，可调节气流生成单元包括气流稳流箱，可调节油气混合单元包括封闭箱、直角管道和可调节实验管道，液滴信息采集及液膜分布测量单元包括高速摄像机和电容层析成像装置。本发明通过精确模拟曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程，并通过可调节实验管道单元实现对油气混合物的流动方向和速度进行控制，以实时获取油气混合物的流动过程中边界位置处的机油液滴信息及液膜空间分布情况和机油液滴在流动过程中从油气混合物中分离的情况。

Description

一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置

技术领域

本发明属于试验装置技术领域，更具体的，涉及一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置。

背景技术

曲轴箱通风措施是保证柴油机正常运转的重要措施，通过曲轴箱通风系统释放曲轴箱内部的油气混合物从而达到降低油底壳压力的目的，流经曲轴箱通风系统的油气混合物中存在机油液滴，为降低机油消耗量降低环境污染，需对曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程进行研究。但曲轴箱通风系统结构尺寸参数根据发动机具体情况确定，直接对这个系统进行整体研究十分困难。根据油气混合物在发动机曲轴箱通风系统内的流动特点，针对性的设计通用实验装置对其系统内各组成部分的油气混合物流动情况进行研究，不仅能够认清各组成部分对整个系统性能的影响，而且型式简单，便于深入研究。近年来，为了实现发动机的小型化及功率密度强化，通过提高增压压力增加发动机的缸内爆发压力，采用对活塞喷射机油的方式降低活塞热负荷，提高曲轴转速形成飞溅机油对发动机曲轴箱内部零部件冷却降温及润滑，实现发动机的最优运转状态。因此，发动机曲轴箱通风系统中油气混合物中的机油液滴含量增加，提高了曲轴箱通风系统中油气分离的负荷。研究在不同窜气流量、不同液滴尺寸和不同液相流量工况下，曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程非常重要。

但现有技术中，缺乏有关曲轴箱通风系统中曲轴箱窜气与机油液滴群构成的油气混合物的两相流流动实验装置的相应技术。现有技术中，机油液滴流动实验台，主要是研究在气流作用下单个液滴运动的实验装置或是油雾润滑中气液相互作用非常强烈的环状液滴流动实验装置。且现有技术对此的研究通常采用的主要测量手段是通过高速摄像机进行观测拍摄，能获得的信息多是某个特定平面上包含流动情况的图像信息，无法获得液膜分布情况。鉴于上述现状，迫切需要开发曲轴箱通风系统油气两相流实验装置，便于更全面深入的掌握曲轴箱通风系统管道内油气混合物的流动情况。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置，其通过将可调节液滴生成单元和可调节气流生成单元有机结合，并通过可调节油气混合单元将油气混合，以精确模拟曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程，并通过可调节实验管道单元实现对油气混合物的流动方向和速度进行控制，以实时获取油气混合物的流动过程中机油液膜空间分布情况和可视化观测段位置处机油液滴信息以及机油液滴在流动过程中从油气混合物中分离的情况，从而有利于获取在不同窜气流量、不同液滴尺寸和不同液相流量工况下，曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程。

为了实现上述目的，本发明提供一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置，其特征在于，包括：可调节液滴生成单元、可调节气流生成单元、可调节油气混合单元、可调节实验管道单元和液滴信息采集及液膜分布测量单元，其中，

所述可调节液滴生成单元包括水箱、机油箱以及机油喷嘴，所述水箱上设有第一加热器，所述机油箱包括夹层机箱，所述水箱的出水口与所述夹层机箱连接，所述机油箱的出油口与所述机油喷嘴连接；所述可调节气流生成单元包括气流稳流箱，所述气流稳流箱上还设有第二加热器；

所述可调节油气混合单元包括依次连接的封闭箱、直角管道和可调节实验管道，所述机油喷嘴设于封闭箱内，所述封闭箱的进气口与所述气流稳流箱的出气口连接，该封闭箱的出口与所述直角管道的进口连接，用于混合油气并获取轴向静止的油气混合物；

所述可调节实验管道单元设于所述可调节实验管道内，包括依次连接可视化观测段和待测试验段，所述可视化观测段与所述直角管道连接；所述液滴信息采集及液膜分布测量单元包括设于可视化观测段外侧的高速摄像机和设于所述待测试验段上的电容层析成像装置，用于实时获取可视化观测段位置处的液滴信息和待测试验段各截面的液膜分布情况。

进一步的，所述实验装置还包括机油收集测量及循环单元，所述机油收集测量及循环单元包括液滴液膜分离结构以及分别与该液滴液膜分离结构连接的液滴回收装置和液膜回收装置，液滴液膜分离结构的进气口与所述待测试验段连接，用于分离机油液膜和机油液滴，并测量机油液膜流量和机油液滴流量。

进一步的，所述直角管道与所述可调节实验管道之间还设有联系角度可调节结构。

进一步的，所述可视化观测段与所述直角管道之间还设有稳流段，所述待测试验段与所述液滴液膜分离结构之间还设有出流段。

进一步的，所述水箱上还设有第一PID温控器，所述稳流箱上设有第二PID温控器，所述稳流箱的进气口与罗茨式风机连接。

进一步的，所述封闭箱与所述机油箱之间还设有旁通管路，用于回收沉积在封闭箱底部的机油。

进一步的，所述液膜回收装置包括液膜收集箱与该液膜收集箱连接的第一U型管，所述液膜收集箱与所述液滴液膜分离结构连接，所述第一U型管不与所述液膜收集箱连接的一端通过管道与所述机油箱连接，该管道上还设有.第一液相流量计。

进一步的，所述滴液回收装置包括液滴回收箱和与该液滴回收箱连接的第二U型管，所述液滴回收箱与所述液滴液膜分离结构连接，所述第二U型管不与液滴回收箱连接的一端通过管道与所述机油箱连接，该管道上还设有第二液相流量计。

进一步的，所述液滴信息采集及液膜分布测量单元还包括电脑，所述电脑的输入端分别与所述高速摄像机和所述电容层析成像装置的输出端连接，用于采集可视化观测段处的液滴信息和收集参数并构建整个待测管段内部空间内机油液膜空间分布情况。

进一步的，所述调节实验管道上还设有用于观测可视化观测段的观测孔。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

(1)本发明通过将可调节液滴生成单元和可调节气流生成单元有机结合，并通过可调节油气混合单元将油气混合，以精确模拟曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程，并通过可调节实验管道单元实现对油气混合物的流动方向和速度进行控制，以实时获取油气混合物的流动过程中机油液膜空间分布情况和机油液滴回收情况，从而有利于获取在不同窜气流量、不同液滴尺寸和不同液相流量工况下，曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程，装置简单易实现。

(2)本发明油气混合物的生成过程，可根据气流流量和选择合适喷嘴并采用相应喷射压力在较大范围内进行调节，并且通过PID控制水浴的加热功率对机油进行均匀加热，通过PID控制电加热功率对稳流箱内气流进行均匀加热，以精确模拟曲轴箱通风系统中油气混合物的流动过程，从而使得获取的实验数据更加精确可靠。

(3)本发明通过可调节实验管道单元及直角管道的配合设置，在可调节油气混合单元出口位置截面上形成包含静止的机油液滴群的油气混合物，并且油气混合物的流动方向可通过调节连续角度可调节结构沿任意方向调节。

(4)本发明可实现机油液滴与机油液膜可分别进行收集测量，防止了除实验机油以外的其他物质对流量测量的干扰，同时，流量测量过程精确实时进行，避免了人为干扰带来的不确定性，此外，在流量测量完成后机油将通过循环单元回到油箱。

(5)本发明采用高速摄像机获得流动方向截面上油气混合物中的机油液滴信息，利用电容层析成像装置得到管段截面上的机油液膜分布信息，同时在流动方向上将通过电容层析成像装置获取得到的待测管段各截面的截面液膜分布情况采用电脑处理，以构建和和获取整个待测管段内部空间在流动稳定状态下的机油液膜空间分布情况。

附图说明

图1为本发明一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置涉及的测量油气分离器性能示意图

图3为本发明一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置涉及的机油箱示意图；

图4为本发明一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置涉及的可调节油气混合单元示意图；

图5为本发明一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置涉及的可视化管段示意图。

在所有附图中，相同的附图标记代表同样的技术特征。其中，1-第一PID温控器，2-第一电加热器，3-水箱，4-水泵，5-机油箱，6-阀门，7-齿轮机油泵，8-机油旁通阀，9-机油压力表，10-机油喷嘴，11-罗茨式风机，12-气流旁通阀，13-第二PID温控器，14-第二电加热器，15-气流稳流箱，16-气流涡街流量计，17-封闭空间，18-连续角度可调节结构，19-可调节实验管道，20-聚光灯，21-高速摄像机，22-电容层析成像装置，23-压力表，24-液滴液膜分离结构，25-液膜收集箱，26-第一U型管，27-第一液相流量计，28-液滴收集箱，29-第二U型管，30-第二液相流量计，31-电脑。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所述，本发明装置包括可调节液滴生成单元、可调节气流生成单元、可调节油气混合单元、可调节实验管道单元和液滴信息采集及液膜分布测量单元和机油收集测量及循环单元，下面做具体说明：

(1)可调节液滴生成单元包括机油温度控制部分和机油液滴喷嘴喷射控制部分，其中，机油温度控制部分包括水箱3、第一PID温控器1、第一电加热器2、水泵4和保温材料等。机油温度采用闭环控制策略控制。因为直接采用电加热器对机油加热容易导致机油受热不均，局部机油将因高温而变质。为了解决此问题，本装置首先采用第一电加热器2对水箱3中的纯净水进行加热，通过水泵4将经过加热后的纯净水通过机油油箱5夹层底部的水浴加热通道入口充满整个夹层，在水箱3、循环管路和机油油箱5外表面包裹保温材料，减少加热系统的散热量，油箱夹层中的热水通过机油箱内层将热量传递给油箱内的机油，并通过机油油箱夹层顶部的水浴加热通道出口流出，经循环管路流回水箱3，通过热电偶对机油箱内的机油温度进行测量，当机油温度还未达到设定温度时，通过第一PID温控器1提高水箱中第一电加热器2的加热功率从而提高水对机油的加热功率使得机油温度升高，当机油温度超过设定温度时，通过第一PID温控器1降低水箱中第一电加热器2的加热功率从而减少水对机油的加热功率使得机油温度降低，直到水对机油的加热功率刚好等于整个机油油路的散热功率时，水箱3中的第一电加热器2的加热功率保持恒定。

该机油液滴喷嘴喷射控制部分包括设有夹层结构的机油箱5、阀门6，齿轮机油泵7，机油旁通阀8，机油压力表9、机油喷嘴10和保温材料、供油管路、补给管路、旁通管路、机油喷射压力表9等。机油箱5中的机油通过供油管路进入齿轮机油泵7，经过加压后的机油通过旁通管路进行机油喷射压力的调节，经机油喷射压力采集装置测量机油喷射压力后通过可调节油气混合单元中的液相管路连接部分与可调节油气混合单元内的机油喷嘴10连接。将实验装置中各机油喷嘴10的标定数据制作成各喷嘴喷射流量关于机油温度、机油喷射压力的三维map图。根据喷射流量及机油温度，通过各喷嘴的map图选择合适喷嘴并设定合适的喷射压力。

可调节气流生成单元包括罗茨式风机11，气流旁通阀12，第二PID温控器13，第二电加热器14，稳流箱15，气流涡街流量计16。本发明可对气流流量进行调节。罗茨式风机11产生具有一定压力的气流，通过旁通气阀12进行气流流量的调节，气流在经过旁通气阀12后进入稳流箱15，稳流后的气流将经气流涡街流量计16测量气流流量后通过可调节油气混合单元中的气相管路连接部分与可调节油气混合单元连接。

本发明可对气流温度进行调节。为了实现对气流温度的控制，本装置通过采用电加热的方式对稳流箱15中的气流进行加热，根据气流温度采集装置测量到的稳流箱中气流的温度，通过第二PID温控器13对稳流箱15中的第二电加热器14的加热功率进行控制，使得第二电加热器14的加热功率与达到实验工况温度时的气流散热功率相等。在气流管路单元外部通过包裹保温材料降低散热功率。

可调节油气混合单元包括封闭箱17，连续角度可调节结构18和可调节实验管道19，在本发明中，机油液滴与气流将在封闭箱17内进行混合。机油喷嘴10通过可调节油气混合单元内的液相管路连接部分与外部机油油路进行连接。气流气路通过可调节油气混合单元中的气相管路连接部分将气流通入封闭箱17内。封闭箱17底部有回油管路将底部积聚的机油通入机油箱5中。

可调节实验管道单元包括依次连接设于可调节实验管道19内的稳流段、可视化观测段、待测试验段和出流段，如图1-图5所示，在本发明中，本装置可在待测实验段入口位置截面方向上生成包含轴向速度为零，径向速度几乎为零的静止机油液滴群的油气混合物。通过改变油气混合物流动方向，形成90度转角，机油液滴将在转角处与壁面发生碰撞，部分液滴将反弹、部分将发生二次破碎以及剩下的部分将积聚在壁面上，此时转角处的机油液滴在流动方向上的速度为零。在气流的作用下，反弹以及二次破碎的机油液滴在径向上的速度将在通过转角后降为零。此时将在可调节油气混合单元出口位置截面上形成包含静止的机油液滴群的油气混合物。

本装置生成的油气混合物可沿空间任意方向进行流动。直角管道通过连续角度可调节结构18与转角前段进行连接。根据实验研究对象的需要，可通过调节连续角度可调节结构18，控制油气混合物的流动方向。

本装置采用端口法兰与可调节油气混合单元出口端上的法兰进行连接。根据实验研究对象的需要，通过更换安装管道的方式可调整管道截面的外形尺寸参数以及内壁面材料物性或加工参数。可调节实验管道单元由稳流段、可视化观测段、待测实验段及出流段组成。在可视化观测段，通过在管道上开合适尺寸的观测孔，并在观测方向前后方各留出一定距离的封闭段防止机油从观测段流出。在待测实验段上开取压孔对取压孔后的管段压力损失进行测量。

作为本发明的另一个方面，开发了油气分离器性能测量装置，将待测油气分离器32固定安装到出流段的末端，并经稳流段、可视化观测段、待测实验段及出流段将待测油气分离器32入口端法兰与可调节油气混合单元出口端上的法兰进行连接。可测量油气分离器在不同工况下的分离效率及阻力损失。

机油收集测量及循环单元包括压力表23，液滴液膜分离结构24，液膜收集箱25，第一U型管26，第一液相流量计27，液滴收集箱28，第二U型管29，第二液相流量计30。通过在出流段出口位置设置液滴液膜分离结构24，将机油液滴与机油液膜分离并收集。在机油收集测量及循环单元中，收集到的机油将积聚到液滴液膜分离结构24底部，该结构底部与充满相同机油介质的第一U型管26相连，当收集到的机油进入到第一U型管26的一端后，第一U型管26的另一端同样也将排出等量的机油。该单元避免了除机油以外的其他物质进入装置中的问题。

本发明通过可实时监测的第一液相流量计27和第二液相流量计30对收集到的机油液滴流量和机油液膜流量分别进行测量，通过循环管路将经过流量测量的机油与封闭空间底部积聚的机油以及旁通管路旁通的机油循环回到机油箱中。当需要更换或补充机油箱中的机油时，可通过机油补给管路进行更换或补给。

液滴信息采集及液膜分布测量单元包括聚光灯20，高速摄像机21，电容层析成像装置22和电脑31，本发明中，将原来单独采用高速摄像机21获取可视化管段内在流动方向截面上的液滴信息改为同时采用高速摄像机21和电容层析成像装置22获取可视化管段内在流动方向截面上的液滴信息以及在油气混合物流动方向上管段各截面上液膜的分布信息。通过高速摄像机21对管段进出口位置处的液滴信息进行获取。通过电容层析成像装置22，根据在通道截面上均匀布置的多对电容探头的电容信息，根据电容参数信息与液相分布参数信息的关系，采用相应计算算法计算得到管段截面上的液膜分布信息。在流动方向上将通过电容层析成像装置获取得到的待测管段各截面的截面液膜分布情况采用Matlab程序处理，构建出整个待测管段内部空间在流动稳定状态下的机油液膜空间分布情况。结合高速摄像机21获取的待测实验管段进出口位置处油气混合物中机油液滴的信息，以及出口位置处机油液滴与机油液膜的流量参数信息。根据上述获取得到的信息可更全面深入的认识待测管段中油气混合物的流动情况。

具体而言，本装置中所述可调节液滴生成单元包括水箱3、机油箱5以及机油喷嘴10，所述水箱3上设有第一加热器2，所述机油箱5包括夹层机箱，所述水箱3的出水口与所述夹层机箱连接，所述机油箱5的出油口与所述机油喷嘴10连接；所述可调节气流生成单元包括气流稳流箱15，所述气流稳流箱15上还设有第二加热器14；

所述可调节油气混合单元包括依次连接的封闭箱17、直角管道和可调节实验管道19，所述机油喷嘴10设于封闭箱17内，所述封闭箱17的进气口与所述气流稳流箱15的出气口连接，该封闭箱17的出口与所述直角管道的进口连接，用于混合油气并获取径向静止的油气混合物；

所述可调节实验管道单元设于所述可调节实验管道19内，包括依次连接可视化观测段和待测试验段，所述可视化观测段与所述直角管道连接；

所述液滴信息采集及液膜分布测量单元包括设于可视化观测段外侧的高速摄像机21和设于所述待测试验段上的电容层析成像装置22，用于实时获取位于可视化观测段处的液滴信息及待测试验段各截面的液膜分布情况；所述机油收集测量及循环单元包括液滴液膜分离结构24以及分别与该液滴液膜分离结构24连接的滴液回收装置和液膜回收装置，液滴液膜分离结构24的进气口与所述待测试验段连接，用于分离机油液膜和油液滴，并测量机油液膜流量和机油液滴流量。

其中，所述直角管道与所述可调节实验管道19之间还设有连续角度可调节结构18。

其中，所述可视化观测段与所述直角管道之间还设有稳流段，所述待测试验段与所述液滴液膜分离结构24之间还设有出流段。

其中，所述水箱3上还设有第一PID温控器1，所述稳流箱15上设有第二PID温控器13。

其中，所述稳流箱15的进气口与罗茨式风机11连接。

其中，所述封闭箱17与所述机油箱15之间还设有旁通管路，用于回收沉积在封闭箱17底部的机油。

其中，所述液膜回收装置包括液膜收集箱25与该液膜收集箱25连接的第一U型管26，所述液膜收集箱25与所述液滴液膜分离结构24连接，所述第一U型管26不与所述液膜收集箱25连接的一端通过管道与所述机油箱5连接，该管道上还设有第一液相流量计27。

其中，所述滴液回收装置包括液滴回收箱28和与该液滴回收箱28连接的第二U型管29，所述液滴回收箱28与所述液滴液膜分离结构24连接，所述第二U型管29不与液滴回收箱28连接的一端通过管道与所述机油箱5连接，该管道上还设有第二液相流量计30。

其中，所述液滴信息采集及液膜分布测量单元还包括电脑31，所述电脑31的输入端分别与所述高速摄像机21和所述电容层析成像装置22的输出端连接，用于收集参数并构建整个待测管段内部空间内机油液膜空间分布情况。

其中，所述调节实验管道19上还设有用于观测可视化观测段的观测孔。

具体而言，如图1-图5所示，首先，根据实验工况选择机油喷嘴10，将机油喷嘴10安装到封闭箱17中，调节连续角度可调节结构18将油气混合物流动方向调整为实验设定方向，然后将待实验管段安装到可调节实验管道19中，打开第一电加热器2，启动水泵4，通过第一PID温控器1对机油箱5中的机油加热进行控制，启动罗茨风机11，根据实验工况调节气流旁通阀12，待气流流量达到指定流量后，打开第二电加热器14，通过第二PID温控器13对稳流箱15中的气流加热进行控制，调整高速摄像机21的位置。打开电脑31和高速摄像机21，在电脑31上点开高速摄像机软件。在高速摄像机软件界面上，设置相机的采集频率为1000帧/秒(fps)，最小曝光时间为为100微秒，总的保存帧数为3000帧和图片的分辨率为1024×1024像素。调整好聚光灯20的光亮，在聚光灯前贴毛玻璃纸，确保在观察视窗附近的亮度均匀。微调镜头的焦距，对高速摄像机21的位置进行标定，确保可以清楚的拍摄到管道中心流动方向截面上的液滴，同时通过标尺标定图像的尺寸信息。将电容层析成像装置22布置安装到可调节实验管道19的待测管段上，通过信号采集线将电容层析成像装置22采集到的信号输入电脑31，并通过电脑上的电容层析成像软件对信号进行处理，在第一U型管26和第二U型管29中加入与实验机油相同的机油。

等所有的准备工作完成后，待气流温度和机油温度稳定，打开机油油箱至齿轮机油泵之间的阀门，启动齿轮机油泵7，调节机油旁通阀8，待机油压力达到指定压力后开始正式实验。第一PID温控器1控制第一电加热器2的加热功率，使其保持水浴对机油的加热功率与整个实验循环机油单元中散热功率相等。机油经过齿轮机油泵7加压，通过机油旁通阀8调节机油喷射压力，并采用机油压力表9测量机油喷射压力，在封闭箱17中，机油喷嘴10将机油以机油压力表9上显示的压力向连续角度可调节结构18喷射，喷射出去的机油液滴群在90度转角方向上与内壁面发生碰撞，部分液滴将反弹、部分将发生二次破碎以及剩下的部分将积聚在壁面上，此时将在可调节油气混合单元出口位置截面上形成包含静止的机油液滴群的油气混合物。第二PID温控器13控制第二电加热器14的加热功率，使其单位时间内传递给气流稳流箱15中气流的热量与气流带走以及散失的总热量相等。外界空气经罗茨风机11加压，通过气流旁通阀12调节气流流量，经稳流箱后通过气流涡街流量计16测量气流流量，气流通过封闭空间17上的气相管路连接部分进入封闭空间，并且以与机油喷射方向相同的方向流入连续角度可调节结构18位置处，在90度转角方向上与机油液滴相遇，在气流的作用下，反弹以及二次破碎液滴在径向上的速度将在此时将在可调节实验管道19入口位置截面上形成包含静止的机油液滴群的油气混合物。在气流的作用下，机油液滴开始在可调节实验管道19中流动，此时为研究油气混合物在待测实验管段内的流动特性，首先通过待测实验管道进出口位置处的可视化观测管段对该位置管段中心流动截面上的油气混合物中的液滴采用高速摄像机21进行拍摄记录。在待测实验管段外部安装布置了采用非接触测量方式测量管道截面上液膜分布的电容层析成像装置22，可以获得待测实验管段在流动稳定后沿油气混合物流动方向上各截面的液膜分布情况。通过压力表23测量油气混合物在流经压力表23后管段的压力损失。在待测实验管道出口位置处，吸附积聚在管道上的机油液膜将在管壁圆周方向上分布并流动，而机油液滴位置与管壁有一定距离，液滴将在气流的作用下继续流动。在液滴液膜分离结构24的作用下，出口处管道截面圆周方向上的机油液膜将被分离出来，流入液膜收集箱25中，在液膜收集箱25中，当有机油进入后，将会有等量的该实验机油进入第一U型管26的一端，在第一U型管26的另一端将有等量相同机油进入第一液相流量计27进行机油液膜流量测量，剩余液滴将与气流一同流入液滴收集箱28中，通过液滴收集箱28将油气混合物中的机油液滴进行收集，并将油气混合物中的气流排出，在液滴收集箱28中，当有机油进入后，将会有等量的该实验机油进入第二U型管29的一端，在第二U型管29的另一端将有等量相同机油进入第二液相流量计30进行机油液滴流量测量。在实验过程中所有收集到的机油将通过循环管路进入机油箱。

通过Matlab程序将待测实验管在整个流动方向上通过电容层析成像装置获取的截面液膜分布情况构建成整个待测实验管内部在流动稳定状态下的液膜空间分布情况，结合高速摄像机获取的待测实验管道进出口位置处油气混合物中液滴的外形及流动参数，以及出口位置处机油液滴与机油液膜的流量参数。可更全面深入的掌握待测管道内油气混合物的流动情况。

本装置在对管道内油气混合物流动研究的同时，也可进行油气分离器性能测试。油气混合物生成的具体实施方式不变，连续角度可调节结构18经稳流段、可视化观测段和开有取压孔管段与油气分离器入口端法兰进行连接。可测量油气分离器在不同工况下的分离效率及阻力损失。该管段流动截面外形尺寸参数与油气分离器入口截面外形尺寸参数相同，通过压力表23测量取压孔位置处压力，得到待测油气分离器的阻力损失，通过高速摄像机在可视化观测段位置上的拍摄获得油气分离器入口位置处油气混合物中的液滴信息。通过接头将回油口与液膜收集箱进行连接，通过第一液相流量计得到回油口位置处的机油流量。通过接头将出气口与液滴收集箱进行连接，通过第二液相流量计得到出气口位置处的机油液滴流量。通过本油气分离器性能试验，可将油气分离器在不同工况下的阻力损失和分离效率同时测得。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲轴箱通风系统油气两相流实验装置，其特征在于，包括：可调节液滴生成单元、可调节气流生成单元、可调节油气混合单元、可调节实验管道单元和液滴信息采集及液膜分布测量单元，其中，

所述可调节液滴生成单元包括水箱(3)、机油箱(5)以及机油喷嘴(10)，所述水箱(3)上设有第一加热器(2)，所述机油箱(5)包括夹层机箱，所述水箱(3)的出水口与所述夹层机箱连接，所述机油箱(5)的出油口与所述机油喷嘴(10)连接；所述可调节气流生成单元包括气流稳流箱(15)，所述气流稳流箱(15)上还设有第二加热器(14)；

所述可调节油气混合单元包括依次连接的封闭箱(17)、直角管道和可调节实验管道(19)，所述机油喷嘴(10)设于封闭箱(17)内，所述封闭箱(17)的进气口与所述气流稳流箱(15)的出气口连接，该封闭箱(17)的出口与所述直角管道的进口连接，用于混合油气并获取轴向静止的油气混合物；

所述可调节实验管道单元设于所述可调节实验管道(19)内，包括依次连接可视化观测段和待测试验段，所述可视化观测段与所述直角管道连接；所述液滴信息采集及液膜分布测量单元包括设于可视化观测段外侧的高速摄像机(21)和设于所述待测试验段上的电容层析成像装置(22)，用于实时获取位于可视化观测段处的液滴信息及待测试验段各截面的液膜分布情况。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括机油收集测量及循环单元，所述机油收集测量及循环单元包括液滴液膜分离结构(24)以及分别与该液滴液膜分离结构(24)连接的液滴回收装置和液膜回收装置，液滴液膜分离结构(24)的进气口与所述待测试验段连接，用于分离机油液膜和机油液滴，并测量机油液膜流量和机油液滴流量。

3.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述直角管道与所述可调节实验管道(19)之间还设有连续角度可调节结构(18)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的实验装置，其特征在于，所述可视化观测段与所述直角管道之间还设有稳流段，所述待测试验段与所述液滴液膜分离结构(24)之间还设有出流段。

5.根据权利要求1-4任一项所述的实验装置，其特征在于，所述水箱(3)上还设有第一PID温控器(1)，所述稳流箱(15)上设有第二PID温控器(13)，所述稳流箱(15)的进气口与罗茨式风机(11)连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的实验装置，其特征在于，所述封闭箱(17)与所述机油箱(15)之间还设有旁通管路，用于回收沉积在封闭箱(17)底部的机油。

7.根据权利要求1-6任一项所述的实验装置，其特征在于，所述液膜回收装置包括液膜收集箱(25)与该液膜收集箱(25)连接的第一U型管(26)，所述液膜收集箱(25)与所述液滴液膜分离结构(24)连接，所述第一U型管(26)不与所述液膜收集箱(25)连接的一端通过管道与所述机油箱(5)连接，该管道上还设有第一液相流量计(27)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的实验装置，其特征在于，所述液滴回收装置包括液滴回收箱(28)和与该液滴回收箱(28)连接的第二U型管(29)，所述液滴回收箱(28)与所述液滴液膜分离结构(24)连接，所述第二U型管(29)不与液滴回收箱(28)连接的一端通过管道与所述机油箱(5)连接，该管道上还设有第二液相流量计(30)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的实验装置，其特征在于，所述液滴信息采集及液膜分布测量单元还包括电脑(31)，所述电脑(31)的输入端分别与所述高速摄像机(21)和所述电容层析成像装置(22)的输出端连接，用于采集可视化观测段处的液滴信息和收集参数并构建整个待测管段内部空间内机油液膜空间分布情况。

10.根据权利要求1-9任一项所述的实验装置，其特征在于，所述调节实验管道(19)上还设有用于观测可视化观测段的观测孔。