[發明專利]可再現發動機后噴策略下碳煙演變特性的模擬系統及方法

有效

• 申請號: 201610651045.4
• 申請日: 2016-08-09
• 公開（公告）號: CN106092588B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 宋崇林;劉野;呂剛;李娜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M15/02
• 分類號: G01M15/02;G01N31/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及一種發動機模擬系統，尤其涉及一種可再現發動機后噴策略下碳煙演變特性的模擬系統。

背景技術

如今，碳煙顆粒的排放已經成為了世界性的問題，碳煙排放不僅污染環境，而且對人類健康存在極大的危害。碳煙排放主要來源于化石燃料燃燒，而目前發動機又主要以化石燃料燃燒為主，所以開發相關技術降低發動機的碳煙排放勢在必行。

后噴策略作為一種降低發動機碳煙排放行之有效的方法，其詳細機理還不為廣大研究人員所熟知，研究后噴降低碳煙排放的機理，有利于進一步完善碳煙的生成機理，并有利于進一步開發降低發動機碳煙排放的相關技術。但是由于發動機燃燒工況十分復雜，無法研究單一變量對其影響，因此有必要開發一套可再現發動機后策略下碳煙演變特性的模擬系統。

發明內容

針對現有技術，為了開展后噴策略降低碳煙排放的機理性研究，本發明提供一種可再現發動機后噴策略下碳煙演變特性的模擬系統，該系統采用碳煙發生器和麥肯納擴散燃燒器模擬發動機后噴策略，可以研究主噴和后噴的相互作用對于碳煙生成和氧化過程影響。該系統可滿足上述要求，

為了解決上述技術問題，本發明提出一種可再現發動機后噴策略下碳煙演變特性的模擬系統，包括麥肯納擴散燃燒器，位移臺，恒溫水箱，碳煙發生器，直列電缸，電缸控制器，自鎖鑷子和電腦控制系統；所述麥肯納擴散燃燒器包括圓柱形主體，所述圓柱形主體內設有盤管，所述圓柱形主體的同軸位置設有中心鋼管，環繞著所述中心鋼管布置有具有多個進氣孔隙的金屬燒結板，所述圓柱形主體的外徑為60mm，所述圓柱形主體的內徑為3.8mm，所述中心鋼管的壁厚為0.6mm，所述中心鋼管與所述圓柱形主體之間為過盈配合；所述中心鋼管通過管路連接至氣體燃料源；所述金屬燒結板的多個進氣孔隙均連接至一進氣總管路，所述進氣總管路的另一端通過并聯的管路連接至氮氣氣瓶和氧氣氣瓶；各連接管路上均設有流量計；所述盤管連接至所述恒溫水箱；所述麥肯納擴散燃燒器固定在所述位移臺上，所述位移臺由兩個步進電機控制，實現麥肯納擴散燃燒器水平和豎直方向的移動；所述自鎖鑷子布置在所述麥肯納擴散燃燒器的上方；所述自鎖鑷子與所述直列電缸活塞桿相連，所述直列電缸與所述電缸控制器通過馬達和編程數據線實現連接，所述自鎖鑷子配合有取樣微柵；所述流量計、位移臺和電缸控制器均與所述電腦控制系統相連，所述電腦控制系統用于控制進入所述麥肯納擴散燃燒器的不同氣體的流量和取樣微柵在火焰中停留的時間以及燃燒火焰的位置；所述電缸控制器接受電腦控制系統的指令控制所述直列電缸帶動自鎖鑷子實現重復取樣；所述進氣總管路上設有一旁路，所述旁路上連接有，位于所述碳煙發生器的進氣口一端、旁路與進氣總管路的連接處設有三通閥門；所述碳煙發生器包括控制系統、殼體和炭黑容器，所述殼體內放置有鋼刷，所述殼體的實體部分設有一貫通的氣體通道，所述氣體通道的中間段與所述殼體連通；所述殼體與所述炭黑容器相連，所述炭黑容器內設有活塞；所述氣體通道的兩端口分別連接至所述旁路，所述鋼刷及所述活塞各自連接有與所述控制系統相連的驅動電機，在所述活塞的推動下，所述炭黑容器內的模型炭黑經過轉動的鋼刷帶入到氣體通道；所述殼體與所述炭黑容器之間、所述活塞與所述炭黑容器之間及所述氣體通道的兩端口與所述旁路之間均為密封連接。

利用上述可再現發動機后噴策略下碳煙演變特性的模擬系統進行模擬的過程中，所述炭黑容器內模型炭黑的平均粒徑為28nm，并包括以下步驟：

步驟一、設定工況，至少包括設定：各流量計的流速，氣源的壓力，燃料氣體的種類，取樣微柵在火焰中的取樣高度，恒溫水箱的溫度，碳煙發生器的發塵量；通過調節所述位移臺的位置使麥肯納擴散燃燒器火焰中心的水平投影與取樣點的水平投影重合；

步驟二、控制三通，將旁路中斷；

步驟三、打開氮氣氣瓶、氧氣氣瓶和燃料氣瓶，點燃燃燒氣體；待燃燒氣體穩定后，驅動直列電缸控制自鎖鑷子快速至火焰中心然后快速退離火焰中心，完成一次碳煙顆粒取樣過程，每次取樣過程的時間為10ms～20ms；每完成一次碳煙顆粒取樣過程后，調整位移臺的高度實現在不同火焰高度取樣，獲得一組碳煙顆粒；

步驟四、控制三通，將旁路導通，重復步驟三；最終獲得兩組碳煙顆粒，其中，將旁路中斷情形下獲得的碳煙顆粒記為碳煙顆粒A，將旁路導通情形下獲得的碳煙顆粒記為碳煙顆粒B；

步驟五、對模型炭黑、碳煙顆粒A和碳煙顆粒B分別進行場發射電子顯微鏡照射；

將模型炭黑與碳煙顆粒B的納觀結構及形貌特性進行比對，從而模擬得出發動機后噴策略對發動機主噴生成的碳煙顆粒的影響；