CN110285973B - 一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，该进气装置包括进气管、进气单元和脉动单元；所述进气单元安装在进气管的一端，进气单元向进气管提供平稳和均匀的气流，所述脉动单元安装在进气管内部，所述脉动单元将进气单元提供的气流产生随时间和空间变化的脉动气流。本发明能够通过获得脉动气流来模拟自然吸气发动机和涡轮增压发动机的实际进气情况，用于研究气流运动、进气量等参数对发动机进气预热、燃烧效率、热声耦合和排放等方面的影响。

Description

一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体设计一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置。
背景技术
内燃机是在货运、客运等运输方面以及工程机械方面是主要动力来源，为人们的生活提供了便利。柴油和汽油是不可再生能源，在满足生产发展的前提下，通过各种方式提高能源转换效率，减少油耗、降低排放，节约能源和减少污染是内燃机发展的重要方向。发动机进气系统的结构决定了进气气流的流动特性，例如进气阻力、进气均匀性、进气量等参数。进气气流的流动性能关系着发动机的燃烧效率、扭矩和排放等。采用涡轮增压器是提高进气量和压力的一个有效方法，应用广泛，不但提高了发动机的经济性和动力性，还增强了燃烧、降低了排放。因此，研究发动机进气量、气体流动、进气压力、进气管内压力变化与分布等因素，对提高发动机燃烧与动力性，降低排放有着重要作用。
现有技术中一般采用风架系统或者发动机来做自然吸气和涡轮增压吸气相关实验；采用发动机机体进行实验对于进气气流对发动机燃烧效率、扭矩和废气排放等方面影响具有比较真实的结果，但是对于气流运动情况研究、气流对于预热火焰研究、可视化燃烧等方面的研究具有一定局限性：其试验成本高、操作复杂、需要对发动机进行改装、无法直观的进行观测。而风架系统通常采用调节风机转速得到不同风速的稳态进气，与实际发动机气流模式相差较大。目前还没有有效的进气系统可以用于模拟发动机实际进气。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，能够通过获得脉动气流来模拟自然吸气发动机和涡轮增压发动机的实际进气情况，用于研究气流运动、进气量等参数对发动机进气预热、燃烧效率、热声耦合和排放等方面的影响。
一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，该进气装置包括进气管、进气单元和脉动单元；所述进气单元安装在进气管的一端，进气单元向进气管提供平稳和均匀的气流，所述脉动单元安装在进气管内部，所述脉动单元将进气单元提供的气流产生随时间和空间变化的脉动气流和涡流。
进一步地，所述进气单元包括风机和均流器，所述风机安装在进气管的进气端，均流器安装在进气管内部，所述均流器表面均匀分布直径小于1.5mm的通气孔；所述风机与均流器的距离远大于进气管直径的四倍。
进一步地，所述脉动单元包括脉动发生器和均流器；脉动发生器通过固定片安装在进气管内，均流器位于脉动发生器的下游，所述脉动发生器由电机、固定片和转动片组成，所述转动片和固定片为相似的平面扇叶结构，所述转动片和固定片重叠安装在一起，转动片与电机的转动部分相连，当固定片与平面转动片呈一定夹角时，脉动发生器通风量最小；当固定片与平面转动片呈0°夹角时，脉动发生器通风量最大，形成脉动气流。
进一步地，所述脉动单元仅包含一个脉动发生器，脉动发生器由电机、固定片和转动片组成，所述固定片为平面扇叶结构，所述转动片为弯折叶片结构的曲面转动片，所述转动片和固定片重叠安装在一起，转动片与电机的转动部分相连，当固定片与平面转动片呈一定夹角时，脉动发生器通风量最小；当固定片与平面转动片呈0°夹角时，脉动发生器通风量最大，气流在进气截面上呈涡状，形成脉动涡流。
进一步地，所述固定片和转动片叶片数量可进一步增加，通过控制电机转速和叶片数量增减气流的脉动频率。
进一步地，所述脉动发生器中的电机转速可调，通过控制转速获取不同的随时间变化的通风量波形。
有益效果：
1、本发明可取代现有技术中采用风架系统或者发动机来做自然吸气和涡轮增压吸气相关实验的方式，减少了试验成本，并且能够得到随时间和空间变化的脉动气流和涡流，与实际发动机气流模式非常接近，可有效的模拟发动机实际进气系统工况。
2、本发明的脉动单元采用平面转动片和固定片的形式可以产生单纵向脉动气流，仅在纵向脉动，在横向上均匀稳定。脉动单元采用曲面转动片时可以产生不同频率的脉动涡流，在进气管截面气流呈涡状脉动，可以获得产生高响应宽频谱脉动气流。
3、本发明的进气单元采用风机和均流器的组合，均流器表面均匀分布直径小于1.5mm的通气孔，风机与均流器的距离远大于进气管直径的四倍。当气流到达均流器时气流已经平稳，气流通过均流器的通气孔后能够进一步消除气流的不均匀性，保证气流到达脉动单元时平稳而均匀。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置中脉动发生器示意图；
图3为本发明装置中平面转动片示意图；
图4为本发明装置中曲面转动片示意图。
其中，1-风机、2-均流器Ⅰ、3-脉动发生器、4-均流器Ⅱ、5-进气管、6-固定片、7-转动片、8-电机。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，进气装置包括进气管5、进气单元和脉动单元。
进气单元中，风机1运转向进气管5提供气流，进气管5中安装有均流器Ⅰ2和脉动发生器3。进气单元中，风机与均流器Ⅰ2距离足够远，到达均流器Ⅰ2的气流是平稳均匀的。均流器Ⅰ2用于进一步消除横向气流，保证进入脉动单元的气流平稳均匀。均流器Ⅰ2的表面均匀且密集得分布着直径1.5mm的蜂窝状孔洞。
脉动单元用于产生脉动气流，包含脉动发生器3、进气管5和均流器Ⅱ4。均流器Ⅰ2和均流器Ⅱ4的结构和功能完全相同。脉动发生器3由固定片6、转动片7和电机8组成。固定片6焊接在进气管5上，电机通过M3螺丝固定在固定片6上，转动片7安装在电机转动杆上，随着电机6运行而转动。固定片6与转动片7具有相似的平面扇形结构，相似是指固定片与平面转动片的扇叶弧度或许不同，这样不会有转动过程中完全封闭的情况；当固定片6与转动片7呈一定夹角时，进气量最小；当夹角为0时，进气量达到最大。当转动片7不断转动时，进气气流形成一个在时间和空间上变化的脉动气流。当脉动气流流经均流器Ⅱ4，横向脉动被消除，只保留纵向脉动气流。电机转速可调，可以获取不同波形的脉动气流流量，例如三角波、矩形波和正弦波。
在上述脉动单元的基础上，采用曲面转动片，并移除均流器Ⅱ4，此时脉动单元仅包含一个脉动发生器3，通过进气管进入燃烧室的脉动气流在进气截面上呈涡流螺旋流向燃烧室。随着控制不同的电机转速，可以获得不同频率的涡状脉动气流。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，其特征在于，该进气装置包括进气管、进气单元和脉动单元；所述进气单元安装在进气管的一端，进气单元向进气管提供平稳和均匀的气流，所述脉动单元安装在进气管内部，所述脉动单元将进气单元提供的气流产生随时间和空间变化的单纵向脉动气流和脉动涡流；
所述进气单元包括风机和均流器Ⅰ，所述风机安装在进气管的进气端，均流器Ⅰ安装在进气管内部，所述均流器Ⅰ表面均匀分布直径小于1.5mm的通气孔；所述风机与均流器Ⅰ的距离远大于进气管直径的四倍；
当所述脉动单元包括脉动发生器和均流器Ⅱ时；脉动发生器通过固定片安装在进气管内，均流器Ⅱ位于脉动发生器的下游，所述脉动发生器由电机、固定片和转动片组成，所述转动片和固定片为相似的平面扇叶结构，所述转动片和固定片重叠安装在一起，转动片与电机的转动部分相连，当固定片与平面转动片呈一定夹角时，脉动发生器通风量最小；当固定片与平面转动片呈0°夹角时，脉动发生器通风量最大，形成脉动气流，当脉动气流流经均流器Ⅱ，横向脉动被消除，只保留纵向脉动气流；
当所述脉动单元仅包含一个脉动发生器时，脉动发生器由电机、固定片和转动片组成，所述固定片为平面扇叶结构，所述转动片为弯折叶片结构的曲面转动片，所述转动片和固定片重叠安装在一起，转动片与电机的转动部分相连，当固定片与平面转动片呈一定夹角时，脉动发生器通风量最小；当固定片与平面转动片呈0°夹角时，脉动发生器通风量最大，气流在进气截面上呈涡状，形成脉动涡流。
2.如权利要求1所述的产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，其特征在于，所述固定片和转动片叶片数量可进一步增加，通过控制电机转速和叶片数量增减气流的脉动频率。
3.如权利要求2所述的产生高响应宽频谱脉动气流的进气装置，其特征在于，所述脉动发生器中的电机转速可调，通过控制转速获取不同的随时间变化的通风量波形。
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