[發(fā)明專利]多組份燃料噴霧濃度及蒸發(fā)率測(cè)試方法及其實(shí)施裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310077061.3
• 申請(qǐng)日: 2013-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103257135A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鐵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/71
• 分類號(hào): G01N21/71
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種噴霧技術(shù)領(lǐng)域的蒸發(fā)特性的測(cè)試方法，特別是一種利用燃料與環(huán)境氛圍氣體原子受激發(fā)光強(qiáng)度比率及發(fā)光譜線半值寬度變化來(lái)得出多組分燃料噴霧濃度與蒸發(fā)率的測(cè)試方法。

技術(shù)背景

基于計(jì)算機(jī)輔助工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代動(dòng)力機(jī)械裝置設(shè)計(jì)中縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本的重要手段，而各種數(shù)值模型的預(yù)測(cè)精度則為保證計(jì)算機(jī)輔助工程的有效性、可靠性的關(guān)鍵。由于采用噴霧燃燒的能源轉(zhuǎn)換裝置的性能與排放特性很大程度上由噴霧混合氣形成過(guò)程決定，因此能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)噴霧與混合氣分布的數(shù)值模型對(duì)燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。然而，由于目前仍無(wú)行之有效的噴霧濃度分布及蒸發(fā)特性的測(cè)試手段，缺乏標(biāo)定模型所需的、可信賴的數(shù)據(jù)支持，目前模擬噴霧混合氣過(guò)程的數(shù)值模型仍處于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的水平。

目前常用的噴霧濃度分布測(cè)試技術(shù)有米氏散射結(jié)合紋影攝影的方法、激光誘導(dǎo)熒光法、雙相激光誘導(dǎo)熒光法，以及激光吸收散射法。其中，通過(guò)米氏散射信號(hào)可以獲得噴霧內(nèi)液相分布信息，結(jié)合可以獲得氣相濃度梯度信息的紋影法可以對(duì)蒸發(fā)噴霧的宏觀特性進(jìn)行定性的描述，但獲得濃度分布的定量信息極為困難。激光誘導(dǎo)熒光法是較為成熟的技術(shù)，如德國(guó)LaVision公司已有相關(guān)產(chǎn)品銷售，但激光誘導(dǎo)熒光法通常只能定量測(cè)試氣相濃度分布，當(dāng)測(cè)試域內(nèi)有液相存在時(shí)，由于液相較強(qiáng)熒光信號(hào)，其測(cè)試精度大大降低。雙相激光誘導(dǎo)熒光法通過(guò)在燃料中混入兩種熒光劑，在激光照射噴霧時(shí)液相與氣相發(fā)出不同波長(zhǎng)的熒光，通過(guò)分光并記錄不同波長(zhǎng)光的信息可以實(shí)現(xiàn)氣液兩相濃度分布的同時(shí)定量測(cè)試。然而，雙相激光誘導(dǎo)熒光法通常只限于單成分燃料噴霧蒸發(fā)特性的測(cè)試，如測(cè)試兩組份燃料噴霧時(shí)需要添加4種熒光劑及2個(gè)波長(zhǎng)的勵(lì)起激光，使得測(cè)試系統(tǒng)極為復(fù)雜，同時(shí)高精度的定量測(cè)試極為困難。激光吸收散射法技術(shù)利用紫外與可視兩種波長(zhǎng)的激光，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)墓┰嚾剂?，可以?shí)現(xiàn)氣液兩相濃度的同時(shí)定量測(cè)試。然而，當(dāng)激光吸收散射法應(yīng)用于兩種以上組份的燃料時(shí)，無(wú)法獲得高精度的定量信息。此外，無(wú)論激光誘導(dǎo)熒光法、雙相激光誘導(dǎo)熒光法還是激光吸收散射技術(shù)都受熒光劑或供試燃料選擇的限制，其可測(cè)燃料的沸點(diǎn)局限于某一溫度，無(wú)法描述更寬廣溫度范圍的噴霧蒸發(fā)特性，特別是目前還沒(méi)有能夠測(cè)試含有三種以上成分燃料的噴霧蒸發(fā)特性的測(cè)試方法。而在現(xiàn)實(shí)中，無(wú)論汽油(餾程35～200℃)、輕柴油(160～370℃)還是航空燃料(130～280℃)都由多種成分組成并具有寬廣的餾程，為了更接近實(shí)際燃料的蒸發(fā)特性，需要至少3種不同沸點(diǎn)成份的燃料來(lái)模擬。因此，為了更精確地描述或預(yù)測(cè)各種實(shí)際燃料噴霧混合氣形成特性，亟需一種不受限于特定溫度的、能夠定量測(cè)試多組分燃料噴霧蒸發(fā)特性的方法。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1249957.9，專利名稱：噴霧密度分布測(cè)試裝置，該專利技術(shù)提供了一種測(cè)試水噴霧的方法，但是此方法不能用于測(cè)試多組分燃料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用燃料與環(huán)境氛圍氣體原子受激發(fā)光強(qiáng)度比率及發(fā)光譜線半值寬度變化來(lái)得出多組分燃料噴霧濃度與蒸發(fā)率的測(cè)試方法。本方法適用于汽油、柴油機(jī)、航空燃料、生物乙醇及生物柴油等多組分混合燃料噴霧蒸發(fā)特性的測(cè)試，在噴霧燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與模型標(biāo)定方面有較大應(yīng)用潛力。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種多組分燃料噴霧濃度及蒸發(fā)率測(cè)試方法，包括如下步驟：步驟一，對(duì)已知噴霧濃度或蒸發(fā)率的多組分燃料進(jìn)行標(biāo)定，并把標(biāo)定好的濃度標(biāo)定曲線或蒸發(fā)率標(biāo)定曲線存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)；步驟二，使激光器發(fā)射的激光經(jīng)凸透鏡聚焦于待測(cè)區(qū)，并利用光譜儀記錄待測(cè)區(qū)內(nèi)各原子發(fā)光譜線；步驟三，把發(fā)光譜線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元里面已經(jīng)存儲(chǔ)的濃度標(biāo)定曲線或蒸發(fā)率標(biāo)定曲線，計(jì)算出多組分燃料的噴霧濃度或蒸發(fā)率。

本發(fā)明還涉及一種實(shí)施以上所述多組分燃料噴霧濃度及蒸發(fā)率測(cè)試方法的測(cè)試裝置，包括數(shù)據(jù)處理器、同步控制器、連接線、光譜儀、數(shù)據(jù)線、光導(dǎo)纖維、激光器、激光、凸透鏡、噴射器、氣缸和噴霧，數(shù)據(jù)處理器與同步控制器通過(guò)連接線相連接，數(shù)據(jù)處理器與光譜儀通過(guò)數(shù)據(jù)線相連接，光導(dǎo)纖維的兩端分別與氣缸的底端、光譜儀相連接，光譜儀、激光器、噴射器均通過(guò)連接線與同步控制器相連接，噴射器安裝在氣缸的頂端，激光由激光器發(fā)出，噴霧由噴射器噴出，激光經(jīng)凸透鏡后聚焦于噴霧上。