[發明專利]一種內燃機缸蓋鼻梁區沸騰可視化實驗裝置

有效

• 申請號: 201410684889.X
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104390791A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 董非;尹必峰;賈和坤;龔偉;趙高巖
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種內燃機缸蓋鼻梁區沸騰可視化實驗裝置，屬于內燃機冷卻系統沸騰相變強化傳熱技術領域。

背景技術

內燃機冷卻系統內“熱”與“質”的傳遞過程直接影響著內燃機熱量分配與能量利用，同時又作為燃燒熱氛圍的邊界基礎，是燃燒與排放適時性調控的要素。因此，冷卻系統內流動與傳熱行為是內燃機節能減排的關鍵要素之一。為滿足“高效節能與超低排放”的現實渴求，大量先進技術如多氣門結構、增壓中冷、直噴稀燃、廢氣再循環、高溫冷卻等被采用，使得內燃機功率密度越來越高，熱負荷越來越大，這引起局部有限空間內(如缸蓋鼻梁區)熱流密度的急劇提高，給內燃機傳熱冷卻帶來前所未有的挑戰。

目前傳統的冷卻系統是以單相對流換熱為冷卻傳熱方式。由于內燃機本體結構極為復雜且熱負荷時空分布極不均勻，嚴重地制約著這種傳熱模式的冷卻效率。更為復雜的是，目前冷卻系統冷卻量的確定僅是以保證高速大負荷工況下零部件的熱可靠性為前提，勢必造成在部分負荷工況會出現“冷卻過?！钡默F象，而在高溫環境高負荷工況又會面臨過熱的風險。而沸騰相變傳熱是解決高熱流密度空間換熱最具潛力的途徑之一，其呈現出的較小過熱度條件下極高的換熱性能，給提升內燃機傳熱冷卻效率帶來了契機。

考慮到冷卻水腔結構的復雜性和封閉性，以及沸騰現象的隨機性和多變性，對內燃機沸騰傳熱機理與理論模型的研究具有重大意義。目前用于研究內燃機沸騰傳熱的試驗裝置大多測量諸如溫度、熱流密度、壓力等物理量，這些參數對于研究水腔內沸騰汽泡的行為特征存在諸多經驗性和局限性，例如無法獲得水腔內沸騰汽泡尺度、運動情況、成核密度、脫離頻率等動力學特征及沸騰狀態，導致現有理論和模型簡化和假設過多，模型中參數確定過于牽強，適用范圍較窄，這極大地制約著沸騰傳熱在內燃機冷卻系統中的研究與應用。

發明內容

針對現有技術中存在上述不足，本發明提供一種內燃機缸蓋鼻梁區沸騰可視化實驗裝置，實現對內燃機不同工況下缸蓋鼻梁區冷卻水腔內沸騰汽泡演化行為的可視化，通過對圖像結果分析，為建立沸騰傳熱理論模型、進一步改進冷卻水腔結構提供事實依據。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種內燃機缸蓋鼻梁區沸騰傳熱可視化實驗裝置，其特征在于，包括恒溫水浴箱、電動水泵、流量計、內燃機機體缸蓋組件、可控加熱器、內窺鏡高速攝像裝置和圖像采集系統及計算機；所述恒溫水浴箱和內燃機機體缸蓋組件之間接有輸入管路和輸出管路；輸入管路上依次設有電動水泵和流量計；所述恒溫水浴箱和電動水泵之間設有第一流量控制閥；所述內燃機機體缸蓋組件包括模擬機體和缸蓋，所述缸蓋位于模擬機體上部且彼此連接；所述可控加熱器與缸蓋的底板火力面緊密接觸；所述缸蓋鼻梁區附近設有通孔，與通孔密封配合的所述內窺鏡高速攝像裝置和圖像采集系統及計算機相連。

進一步的，所述電動水泵和流量計之間設有與恒溫水浴箱相連的循環管路，所述循環管路上設有第二流量控制閥。

進一步的，所述流量計和內燃機機體缸蓋組件之間還設有分水器組件，所述分水器組件包括設有分水孔的分水盤、設有進水口的分水蓋和分水接頭；所述分水盤與分水蓋連接；所述分水接頭一端與分水孔相連，另一端與模擬機體的模擬機體上水孔相連。

進一步的，所述分水孔在分水盤上呈同心圓分布，其總數至少與模擬機體上水孔的數目相同。

進一步的，位于相鄰兩同心圓上的分水孔相互錯開，且分水孔內表面設有螺紋。

進一步的，兩個所述分水接頭分別與分水孔和模擬機體上水孔相連的一端均設有分水接頭螺紋，且兩個分水接頭之間通過軟橡膠管相連、卡箍固定。

進一步的，所述分水盤內圓面上設有分水盤內螺紋，所述分水蓋外圓面上設有與分水盤內螺紋配合的分水蓋外螺紋，且分水盤與分水蓋之間設有密封圈。

進一步的，所述鼻梁區附近通孔為鼻梁區螺紋孔；所述內窺鏡高速攝像裝置包括內窺鏡高速攝像儀和下部透明的內窺鏡安裝固定套筒，所述內窺鏡安裝固定套筒外側設有與鼻梁區螺紋孔配合連接的固定套筒外螺紋；所述內窺鏡高速攝像儀位于內窺鏡安裝固定套筒內。

進一步的，所述內窺鏡高速攝像裝置還包括下部透明的鏡頭保護套筒，所述鏡頭保護套筒內部開設階梯孔，與所述內窺鏡高速攝像儀的定位臺階形成密封面；所述內窺鏡安裝固定套筒內管壁下部設有固定套筒內螺紋，且與所述鏡頭保護套筒下部所設保護套筒外螺紋配合連接。

進一步的，所述內窺鏡高速攝像儀頭部帶有LED照明光源。

本發明的有益效果：