[發明專利]一種高溫高壓單液滴蒸發與燃燒裝置

有效

• 申請號: 201310226776.0
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103308662A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 韓愷;馬世博;付耿;史建偉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術領域

本申請涉及內燃機燃燒技術領域，特別是涉及一種高溫高壓單液滴蒸發與燃燒裝置。

背景技術

柴油機的燃燒過程是兩相流不均勻混合非穩態燃燒過程，以擴散燃燒為主。可燃混合氣在高溫高壓的燃燒室內，化學反應進行很快，而柴油與空氣混合速度要慢很多，這是制約柴油機燃燒速度的關鍵因素。進一步的，油氣混合速率受制于噴入氣缸內柴油液滴的蒸發速率，為改善燃油霧化特性，國內外學者采用了互溶、互混技術支撐混合燃料，以此來改善燃油的霧化和油氣混合過程。1988年，Law等人發現有機疊氮化合物液滴的氣化速率遠大于傳統的烷烴燃料，同時在蒸發過程中分解放熱，并釋放氮氣。為研究疊氮化合物的受熱分解放熱與可能存在的“微爆”現象，以及該現象對燃料液滴蒸發速率以及二次霧化可能存在的影響，設計了單液滴蒸發與燃燒的實驗裝置。

目前，針對單液滴蒸發與燃燒的實驗裝置根據液滴生成方式的不同主要分為兩種，一種是掛滴法，另一種是飛滴法。掛滴法是將液滴懸掛于熱電偶絲上，但是熱電偶絲的焊接點會影響液滴的形狀，在蒸發過程中存在局部熱點，造成受熱不均勻；同時液滴尺寸較大(大于700μm)，無法獲得微小液滴，進而無法實現對微小液滴蒸發與燃燒特性的研究。而飛滴法是采用單液滴噴射裝置將液滴噴入高溫高壓的環境中，這種方式產生的液滴不受其他因素影響，同時可以研究較小液滴的蒸發與燃燒特性；但是，現有實驗裝置采用的是電磁閥式單液滴噴射器，該噴射器產生液滴尺寸范圍在600-900μm之間，也無法獲得微小液滴，進而也無法實現對微小液滴蒸發與燃燒特性的研究

由此可見，無論是采用飛滴法還是掛滴法，得到的液滴尺寸都大于600μm，無法進一步得到更小尺寸的微小液滴，進而無法實現對微小液滴蒸發與燃燒特性的研究。

發明內容

本申請提供了一種高溫高壓單液滴蒸發與燃燒裝置，以解決現有技術無法研究微小液滴的蒸發與燃燒特性的問題。

為了解決上述問題，本申請公開了一種高溫高壓單液滴蒸發與燃燒裝置，包括：供氣裝置、燃燒蒸發彈體、單液滴發生器、單液滴發生器冷卻裝置和控制單元；所述供氣裝置包括高壓空氣瓶和高壓氮氣瓶；所述單液滴發生器包括位于其內部的壓電片式噴射器；所述燃燒蒸發彈體包括上端蓋，所述上端蓋內部具有一個U型空腔，所述上端蓋兩端各有一個與所述U型空腔貫通的橫向通孔；所述高壓空氣瓶和所述高壓氮氣瓶分別與所述燃燒蒸發彈體連接；所述單液滴發生器位于所述上端蓋的U型空腔內，所述單液滴發生器與所述上端蓋通過螺栓連接，所述單液滴發生器與所述上端蓋之間通過o型圈密封；所述單液滴發生器冷卻裝置通過所述上端蓋與所述燃燒蒸發彈體連接；所述控制單元通過導線分別與所述供氣裝置、所述燃燒蒸發彈體、所述單液滴發生器和所述單液滴發生器冷卻裝置連接；所述壓電片式噴射器內部充滿液體，當接受到所述控制單元產生的正矩形脈沖電壓激勵時，將所述液體噴出，所述液體在自身表面張力作用下形成單液滴。

進一步地，所述供氣裝置還包括：連接在所述高壓空氣瓶和所述燃燒蒸發彈體之間的減壓閥、微量質量流量計和進氣閥，所述高壓空氣瓶與所述高壓空氣瓶和所述燃燒蒸發彈體之間的減壓閥、微量質量流量計和進氣閥依次串聯，連接在所述高壓空氣瓶和所述燃燒蒸發彈體之間的進氣閥通過空氣進氣閥安裝孔與所述燃燒蒸發彈體之間通過螺栓連接；連接在所述高壓氮氣瓶和所述燃燒蒸發彈體之間的減壓閥、微量質量流量計和進氣閥，所述高壓氮氣瓶與所述高壓氮氣瓶和所述燃燒蒸發彈體之間的減壓閥、微量質量流量計和進氣閥依次串聯，連接在所述高壓氮氣瓶和所述燃燒蒸發彈體之間進氣閥通過氮氣進氣閥安裝孔與所述燃燒蒸發彈體之間通過螺栓連接；所述空氣進氣閥安裝孔和所述氮氣進氣閥安裝孔位于所述燃燒蒸發彈體側面；所述微量質量流量計分別通過導線與流量計控制器連接，所述流量計控制器位于所述控制單元內。