[發明專利]一種聲懸浮多液滴蒸發與燃燒實驗裝置及其方法

在審

• 申請號: 201610811972.8
• 申請日: 2016-09-08
• 公開（公告）號: CN107202812A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 王筱蓉;王繼剛;王勛;任貴龍;金張良;何強;唐文獻
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02;G01N25/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及內燃機燃燒檢測技術領域，特別是涉及一種聲懸浮多液滴蒸發與燃燒實驗裝置及其方法。

背景技術

影響內燃機中液體燃料燃燒的因素主要有液體燃料的破碎、蒸發以及與空氣的混合等。其中，液滴燃燒是最關鍵的一環。液滴燃燒是伴隨著傳熱、傳質、氣體流動等復雜物理化學過程。當燃料液滴經過加熱后，在其表面先蒸發產生蒸汽，蒸汽向四周擴散并與周圍的空氣混合，然后開始燃燒,即液滴的燃燒通常是以蒸汽狀態進行的。液滴燃燒常常是擴散燃燒，燃燒速度快，蒸發速度慢，蒸發速度決定了燃燒速度，從而影響內燃機的性能。因此，準確把握液滴蒸發過程和燃燒過程，對于加快液體燃料的燃燒、改善燃燒環境、提高燃燒效率，從而節約能源，減少環境污染，都具有十分重要的意義。

目前，針對液滴蒸發與燃燒的實驗裝置基本都存在兩大嚴重缺陷：首先，液滴蒸發與燃燒裝置都是針對單液滴的，沒有針對多液滴的裝置；其次，大多數蒸發與燃燒裝置都是將液滴懸掛于一個熱電偶絲上，但是熱電偶絲的焊接點會影響液滴的形狀，并且在蒸發過程中存在局部熱點，造成受熱不均勻。

發明內容

本發明解決了現有技術無法研究微小自由形狀多液滴的蒸發與燃燒特性的問題，提供了一種聲懸浮多液滴蒸發與燃燒實驗裝置及其方法。

本發明的裝置包括包括蒸發與燃燒室、聲懸浮裝置、聲懸浮控制系統、控制單元，所述蒸發與燃燒室包括蒸發燃燒室殼體、不銹鋼加熱棒、溫度傳感器A和溫度傳感器B，所述蒸發燃燒室殼體為圓筒狀，多根所述不銹鋼加熱棒在所述蒸發與燃燒室內、沿底部均勻布置，所述溫度傳感器A和溫度傳感器B設于蒸發燃燒室殼體側壁呈對稱布置，所述蒸發與燃燒室兩側中各開有一個觀察窗；所述聲懸浮裝置包括變頻器、反射器和變頻器與反射器對齊工具，所述變頻器為圓柱狀，設于所述蒸發與燃燒室頂部并與蒸發與燃燒室同軸，變頻器的下端伸入蒸發燃燒室殼體內，所述變頻器與反射器對齊工具設于變頻器上端；所述反射器設于變頻器的正下方；所述聲懸浮控制系統包括信號發生器、功率放大器和功率計，所述信號發生器通過導線依次連接功率放大器、功率計和反射器；所述控制單元通過導線分別與不銹鋼加熱棒、計算機、溫度傳感器A和溫度傳感器B連接。。

本發明還包括支架，所述支架設于蒸發與燃燒室底部，用于支撐整個蒸發裝置。

本發明還包括圖像采集裝置和計算機；所述圖像采集裝置包括光源、高速攝像機和信號同步控制器；所述高速攝像機和光源分別正對蒸發與燃燒室兩側的觀察窗；所述信號同步控制器位于控制單元內，所述高速攝像機通過導線與所述信號同步控制器連接；所述計算機與所述控制單元通過導線連接。

所述觀察窗內部嵌有的透明光學材料為光學石英玻璃，所述觀察窗與所述光學石英玻璃之間采用增強柔性墊密封。

所述蒸發與燃燒室的圓柱狀殼體選用耐高溫的304不銹鋼材料，外表面噴涂保溫材料。

所述蒸發與燃燒室的圓柱狀殼體頂部安裝聲懸浮變頻器，底部安裝聲懸浮反射器，變頻器和反射器共同作用懸掛液滴。

所述裝置各部件之間均采用螺紋連接，以保證在高溫高壓下工作時部件的穩定性。

本發明的方法為，首先，調整變頻器與反射器對齊工具使變頻器和反射器完全正對，打開信號發生器、功率放大器和功率計，產生適宜強度的聲波；然后，將液滴懸掛于變頻器和反射器之間的軸線上；之后，設定目標溫度，利用所述不銹鋼加熱棒對所述蒸發定容彈體進行加熱，并通過所述溫度傳感器測量所述蒸發定容彈體內部的溫度，通過導線將測量的溫度數據傳送到位于所述控制單元內的溫度控制儀，所述溫度控制儀根據傳送的溫度數據控制所述不銹鋼加熱棒的加熱功率；最后，調整所述高速攝像機的工作位置和光源的位置后，開始進行拍攝，記錄整個蒸發燃燒過程中的數據，通過對圖像和數據進行處理，得到蒸發燃燒過程中液滴尺寸隨時間的變化曲線。

懸浮于所述聲懸浮變頻器與反射器之間的軸線上的微小液滴為4-6顆液滴。

本發明采用上述技術方案，具有以下優點：

首先，本發明采用聲懸浮裝置與燃燒室結合的方式，可以同時懸掛多個微小液滴，解決了當前無法實現對多液滴蒸發與燃燒特性的研究的難題；

其次，本發明采用聲懸浮裝置代替原有熱電偶絲懸掛液滴的方式，將液滴懸掛于空中，不與任何物體接觸，解決了熱電偶絲的焊接點影響液滴的形狀、在蒸發過程中存在局部熱點，造成受熱不均勻的難題，實現了真正意義上的自由液滴；

最后，本發明在蒸發與燃燒室內均勻布置加熱棒的方式，可以迅速對蒸發與燃燒室進行加熱，且加熱均勻。

附圖說明