[發明專利]一種可調節燃燒室樣件傳熱特性研究系統

有效

• 申請號: 201811245015.9
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109238724B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 張宇;傅佳宏;李征濤;劉震濤;潘立挺;田江平
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院;浙江大學
• 主分類號: G01M15/02
• 分類號: G01M15/02;G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種可調節燃燒室樣件傳熱特性研究系統，包括二維可調節燃燒室樣件、定容燃燒彈、同步控制與瞬態溫度采集子系統、燃油供給子系統、高速攝像子系統、進排氣子系統、冷卻子系統；二維可調節燃燒室樣件安裝在定容燃燒彈中，用于模擬活塞不同上止點位置狀態；定容燃燒彈主體為圓柱形造型，用于模擬柴油機燃燒室中高溫、高壓環境；同步控制與瞬態溫度采集子系統具有噴油時刻控制、圖像拍攝控制以及瞬態溫度采集功能；本發明可以研究不同初始壓力、初始溫度、噴油壓力條件下燃料噴霧及附壁燃燒特性，并通過布置在二維可調節燃燒室樣件表面的快速響應熱電偶測量燃燒室表面瞬態溫度，研究附壁燃燒特性與壁面瞬態溫度研究受熱樣件傳熱特性。

技術領域

本發明涉及發動機傳熱過程的試驗裝置領域，具體涉及一種可調節燃燒室樣件傳熱特性研究系統。

背景技術

我國地域遼闊，地形復雜，其中3000m海拔高度以上面積占比為26%。高海拔條件下由于大氣密度和壓力的下降，導致柴油機出現功率下降、燃燒惡化、冷卻子系統散熱能力下降等問題。在實際工作場景中，部分柴油機在高原變海拔環境下運行，出現了活塞燒蝕等故障。柴油機進氣量減少，燃油缸內直接噴射阻力減少，導致噴霧貫穿距離增大，出現噴霧撞壁情況，燃油噴霧撞擊壁面的同時也會讓部分燃油附著在燃燒室壁面上，形成附壁油膜并產生燃油附壁燃燒，從而直接影響缸內燃氣側和燃燒室壁面的換熱狀態與熱流分布。因此，有必要探究燃油噴霧撞壁燃燒對燃燒室熱狀態的影響。

研究者多利用定容燃燒彈與光學發動機來研究燃油噴霧與燃燒，鮮有人對燃油附壁燃燒對燃燒室或受熱樣件的傳熱特性進行探究。究其原因是對燃燒室或受熱樣件進行溫度測量較為困難，而且如何獲取瞬態溫度場也是一個難題。

發明內容

為了探究在燃油噴霧撞壁燃燒狀態下的活塞傳熱狀態，本發明提供了一種可調節燃燒室樣件傳熱特性研究系統，用于模擬發動機燃燒室內部環境，可以深入探究變海拔狀態下燃油噴霧撞壁燃燒對受熱樣件熱狀態的影響，探究燃油附壁燃燒傳熱機理并修正近壁附壁燃燒傳熱模型。

一種可調節燃燒室樣件傳熱特性研究系統，包括二維可調節燃燒室樣件、定容燃燒彈、同步控制與瞬態溫度采集子系統、燃油供給子系統、高速攝像子系統、進排氣子系統、冷卻子系統；二維可調節燃燒室樣件安裝在定容燃燒彈中，用于模擬活塞不同上止點位置狀態；定容燃燒彈主體為圓柱形造型，用于模擬柴油機燃燒室中高溫、高壓環境；同步控制與瞬態溫度采集子系統具有噴油時刻控制、圖像拍攝控制以及瞬態溫度采集功能；燃油供給子系統包括油箱、高壓共軌與噴油器，為定容燃燒彈彈體提供高壓燃油；高速攝像子系統對定容燃燒彈中燃油噴霧附壁以及燃油附壁燃燒過程進行過程記錄，并結合光學測量方法分析燃燒狀態；進排氣子系統連接定容燃燒彈的進氣孔與排氣孔；冷卻子系統連接定容燃燒彈，對噴油器與石英視窗進行冷卻。

所述的二維可調節燃燒室樣件包括模擬活塞型線樣件、模擬缸蓋火力面樣件、模擬余隙樣件，不同厚度的模擬余隙樣件放置在活塞型線樣件與模擬缸蓋火力面樣件之間，模擬不同活塞行進至不同上止點位置，從而研究不同噴油時刻下燃料噴霧撞壁以及燃油附壁燃燒下的傳熱特性。

所述的定容燃燒彈，主體為圓柱形造型，彈體側面安裝石英視窗或者鐵塊，彈體上部設有連接立柱用來固定二維可調節燃燒室樣件，彈體下部設有加熱線圈以及加熱調節器，為定容燃燒彈提供高溫氣體。

所述的同步控制與瞬態溫度采集子系統，包括同步控制單元和瞬態溫度采集單元，同步控制單元采用NI公司生產的CompactRIO控制系統和同步控制上位機，用于控制噴油脈寬信號、噴射觸發信號、拍攝觸發信號、加熱器加熱信號，瞬態溫度采集單元包括快速響應熱電偶，PXI溫度采集箱，以及溫度采集上位機。

所述的燃油供給子系統包括油箱、高壓油泵、高壓油軌、電控噴油器，在共軌內設置軌壓傳感器，高壓油泵抽取油箱中燃油至高壓油軌，軌壓傳感器放置在高壓油軌測量油軌中燃油壓力，電控噴油器連接高壓高壓油軌進行燃油噴射。

所述的高速攝像子系統包括高速攝影機和光源，其中高速攝影機上安裝降低整體光強的中性衰減濾光片。