[發明專利]對內燃機缸套處近壁流場及壁面溫度同時測量的裝置

有效

• 申請號: 201910583209.8
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110501165B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 王天友;田福全;車志釗;魯禎;高玉川
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M15/05
• 分類號: G01M15/05;G01M15/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

本發明公開了一種對內燃機缸套處近壁流場及壁面溫度同時測量的裝置，其結構是：由石英玻璃缸套和金屬缸套組合成完整缸套裝于升降缸套內，缸蓋與加長機體固定，加長機體一側的絲杠帶動升降板，使升降缸套固定在完整缸套和缸蓋之間。石英玻璃缸套視窗扇角為300度；金屬缸套為60度。兩種缸套的兩端均留有10度扇角，玻璃缸套設有凸臺；金屬缸套設有凹槽，凸臺與凹槽對接。激光器設在完整缸套對稱中心延長線上，兩臺相機對稱放置在激光器的兩側。熱電偶穿過金屬套內位于流場測量區域的中心。兩臺相機配合粒子圖像測速儀可測取金屬缸套近壁處的三維流場，熱電偶可實時讀取缸套溫度，由此解決了對內燃機缸套處近壁流場及壁面溫度的同時測量。

技術領域

本發明屬于內燃機工作參數測試技術領域，具體涉及一種對內燃機缸套內測量的裝置。

背景技術

內燃機工作過程中，在燃燒室、缸套和活塞的共同作用下，氣缸近壁會形成一層很薄的邊界層，一般小于2mm。雖然缸內邊界層很薄，但邊界層內氣體密度卻比較大，可占缸內氣體總質量的10％～20％。此外，缸內邊界層與外圍流場之間的動量、能量和質量的交換與內燃機工作過程密切相關，對于內燃機宏觀流場結構、壁面傳熱和燃燒特性都起著至關重要的作用，并最終影響內燃機的熱效率和污染物排放。因此，基于內燃機缸內邊界層的重要性，對氣缸內邊界層的研究受到了廣泛關注，其中盡可能多的同時獲取與近壁區域相關的詳細信息顯得至關重要，比如近壁區域氣體速度與溫度分布、壁面溫度等。

缸套作為內燃機結構中封閉空間的一部分，其近壁邊界層相關信息的獲取有一定的困難性和特殊性。具體體現在：(1)基于光學發動機與激光診斷技術，全石英玻璃缸套具有可視化的特點，允許光學方法對其缸內流場進行測量。但由于缸套是環形且石英玻璃缸套一般較厚，所以在測量缸套近壁流場時會給傳統相機測量(相機光軸垂直測量平面)帶來嚴重的光學畸變，導致難以獲得較好的粒子成像效果，因此需要一種新的光路布置方法；(2)為了放置測量壁面溫度的熱電偶，一般會在缸套上鉆孔。若在全石英玻璃缸套上鉆孔會帶來較大的困難與挑戰；使用金屬缸套鉆孔問題可以解決，但金屬缸套不能可視化，故無法對近壁流場進行測量。因此同時獲取缸套近壁流場及壁面溫度很難同時滿足。

為此，本發明提出一種能夠同時獲取缸套近壁流場及壁面溫度的測量裝置，對研究內燃機邊界層流動與壁面傳熱特性具有重要意義，同時也能夠為進一步提高內燃機效率，降低污染物排放提供有益指導。

發明內容

本發明的目的是，提供一種對內燃機缸套處近壁流場及壁面溫度同時測量的裝置，解決傳統相機測量的局限性以及玻璃缸套或金屬缸套無法測量的問題。

對內燃機缸套處近壁流場及壁面溫度同時測量的裝置，包括：升降缸套、加長活塞、缸蓋、支撐柱、加長機體、絲杠、升降板、橡膠墊圈、止推軸承、滾動軸承、激光器、相機、聚四氟乙烯墊片、鏡頭適配器、卡箍組件、以及熱電偶等。本發明的系統組成結構是：完整缸套裝于升降缸套內，加長活塞裝于完整缸套內，缸蓋由四根對稱支撐柱支撐，支撐柱下端與加長機體通過螺紋固定。加長機體的兩個側面為開口結構，開口寬度大于完整缸套的外徑，加長機體開口兩側均設有絲杠，絲杠裝有升降板，升降板與升降缸套通過止口定位配合并固定，絲杠帶動升降板和升降缸套上移，使完整缸套固定在升降缸套和缸蓋下端面之間。

為達到對內燃機缸套處近壁流場及壁面溫度同時測量的目的，采用的技術方案是：由非完整石英玻璃缸套和非完整金屬缸套組合成完整缸套，完整與非完整兩種缸套的厚度相同。非完整石英玻璃缸套的有效視窗扇角為300度；非完整金屬缸套扇角為60度。非完整石英玻璃缸套兩端設有扇角為10度、厚15mm的凸臺；非完整金屬缸套兩端設有扇角為10度、寬15mm的凹槽，凸臺與凹槽對接。在完整缸套上下均設有橡膠墊圈，橡膠墊圈的外圈設有卡箍組件。激光器設置在與完整缸套垂直的中心延長線上，兩臺型號相同的相機對稱放置在激光器的兩側。激光器帶有激光片光源，相機設有鏡頭適配器。在非完整金屬缸套壁上鉆有小孔，熱電偶穿過小孔放置在完整缸套內位于流場測量區域的中心。