[發明專利]一種定容燃燒傳熱裝置

在審

• 申請號: 201911303065.2
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111006870A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 包凌志;羅慶賀;孫柏剛;劉福水
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04;G01M15/05
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 許姣

本發明涉及內燃機傳熱技術領域，具體涉及一種用于研究燃燒和傳熱相互作用機制的定容燃燒傳熱裝置。一種定容燃燒傳熱裝置，通過定容燃燒彈模擬內燃機氣缸內的定容環境，在定容燃燒彈安裝熱流密度傳感器及熱電偶，搭建紋影測試平臺，利用真空泵將定容燃燒彈抽成真空，再按計算的濃度和壓力按量充入合成空氣和測試燃料，關閉進排氣閥后靜置一段時間保證燃料和空氣充分混合，之后觸發點火并記錄燃燒過程，采集燃燒過程瞬態壓力變化、熱流密度變化和壁面熱場分布。本裝置可以針對各種適用于內燃機的新型代用燃料，固定反應邊界條件，研究燃料燃燒特性的同時，探索燃燒熱量與定容彈壁面傳熱的作用機制，實現代用燃料內燃機傳熱模型的構造及標定。

技術領域

本發明涉及內燃機傳熱技術領域，具體涉及一種用于研究燃燒和傳熱相互作用機制的定容燃燒傳熱裝置。

背景技術

隨著石油能源的逐漸枯竭，現行能源結構面臨著根本的變革。由于目前汽車的能源消費占世界能源消費總量已達四分之一，未來汽車的數量仍會繼續增加，使得代用燃料越來越引起人們的關注；另外以石油為原料制得的汽油和柴油在燃燒時會產生CO，HC和CO₂，對人類生存環境造成極大危害，這些都進一步促進了代用燃料的開發和利用。液體燃料如甲醇CH₃OH、生物柴油；氣體燃料如壓縮天然氣CNG、液化天然氣LNG、液化石油氣LPG、氫氣H₂等由于其物理、化學特性能夠有效改善石油能源難以克服的弱點，在車船用內燃機中已經得到廣泛的應用。

數字化開發與設計已經成為了內燃機行業發展的趨勢，其本質是基于計算機與內燃機系統的子模型進行預測開發，大大降低試驗與人力成本。數字化開發的基礎是準確的計算模型，但是由于不同代用燃料的比熱容、導熱系數、動力黏度和燃料與空氣混合氣燃燒過程中的氣體常數等物性參數都不同于純空氣。以氫氣為例，氫氣的可燃范圍廣、淬熄距離短、燃燒速度變化范圍大，導致代用燃料內燃機的傳熱過程不同于傳統內燃機，尤其在化學當量比下，其傳熱量預測更加不準。為了探索能準確表征不同燃料內燃機傳熱過程的計算模型，需要對影響傳熱的因素進行理論分析。

利用熱流密度傳感器和高精度熱電偶可以測量傳熱過程和基本參數，目前采用的實驗方案都是將熱流密度傳感器安裝在內燃機的缸蓋或氣缸上，測量內燃機運轉過程中的傳熱參數。但是在內燃機邊界下探索不同參數對傳熱過程的影響會使得溫度、壓力、濃度等多種參數耦合在一起，無法判斷單一因素的影響規律。

發明內容

本發明的目的是：針對各種適用于內燃機的新型代用燃料，固定反應邊界條件，研究燃料燃燒特性的同時，探索燃燒熱量與定容彈壁面傳熱的作用機制，實現代用燃料內燃機傳熱模型的構造及標定，提供一種定容燃燒傳熱裝置。

本發明的技術方案是：一種定容燃燒傳熱裝置，通過定容燃燒彈模擬內燃機氣缸內的定容環境；

定容燃燒彈設有測試燃料進閥、放氣閥；定容燃燒彈通過管路分別與真空泵、空氣罐、測試燃料罐連通；在定容燃燒彈的兩側設有觀察窗；定容燃燒彈內設有點火電極；定容燃燒彈外部設有加熱電路；

定容燃燒彈設置有熱電偶、熱流密度傳感器、瞬態壓力傳感器、壓力變送器、調溫器、溫度計以及壓力計；其中，熱電偶用于測量定容燃燒彈的壁面溫度，調溫器用于對加熱電路進行調節以調節定容燃燒彈內的初始溫度，溫度計用于測量定容燃燒彈內的初始溫度，熱流密度傳感器用于測量火焰發展過程中的傳熱量，壓力變送器與壓力計用于測量定容燃燒彈內的初始壓力；熱電偶、熱流密度傳感器、瞬態壓力傳感器、壓力變送器、調溫器、溫度計以及壓力計均與數據采集和控制系統建立連接；

數據采集和控制系統一方面與記錄電腦建立連接，另一方面通過點火線與點火電極連接；攝像機用于記錄火焰傳播到壁面時與壁面的傳熱過程，攝像機與數據采集和控制系統建立連接。