[發明專利]一種碰撞噴霧的霧化、燃燒、排放特性實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011622383.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834231B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 王兆文;向林;成曉北;郎兵;李曉捷;王紀方
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01M15/05
• 分類號: G01M15/05
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

本發明屬于內燃機噴霧實驗領域，并具體公開了一種碰撞噴霧的霧化、燃燒、排放特性實驗裝置及方法，其包括定容燃燒彈系統、噴油系統和光學采集系統，定容燃燒彈系統包括定容燃燒彈、電控配氣組件和火花塞，定容燃燒彈包括多個相互垂直連接的主安裝座，各主安裝座間設置副安裝座；兩個對置的主安裝座上安裝石英玻璃窗口，另有三個以上的主安裝座預留為噴油器安裝座；電控配氣組件和火花塞通過不同的副安裝座接入定容燃燒彈內；噴油系統包括多個噴油器，多個噴油器安裝在不同的噴油器安裝座上；光學采集系統通過石英玻璃窗口對定容燃燒彈內進行光學采集。本發明適用于研究各種高溫、高壓、湍流環境下的噴霧碰撞的霧化、燃燒、排放特性實驗。

技術領域

本發明屬于內燃機噴霧實驗領域，更具體地，涉及一種碰撞噴霧的霧化、燃燒、排放特性實驗裝置及方法。

背景技術

內燃機以其熱效率高、結構緊湊、功率輸出大且范圍廣等優點，在當今社會迅速發展，而內燃機作為工業化進程應用的各種動力機械中熱效率最高的內燃機，已在多領域如船舶、發電、軍用特種裝甲車等方面得到應用。而特種高功率密度內燃機基于極限緊湊的要求，追求體積極限、動力性極限強等特點，即要求達到極限大的升功率，極高的升功率往往要求有較大的燃油噴入速率。為提高噴油器噴油速率，目前最直接有效可行的方法便是提高燃油噴射壓力，燃油的噴射壓力提升會大幅度提升燃油的噴入速率，此外還可使油氣混合階段更加充分，進而使燃燒階段也得到相應改善。但目前噴油器高噴射壓力下的噴油速率往往還不足夠大，使得噴油器成為制約內燃機升功率進一步提高的瓶頸之一。對于特種高功率密度內燃機所需功率而言，單噴油器噴油速率已無法滿足需求。雙噴油器模式或者多噴油器模式可以明顯提高內燃機的燃油噴入速率，故而可以進一步提高內燃機的升功率，但在內燃機燃燒室內同時布置兩個噴油器或多個噴油器，燃油的噴霧霧束之間一定會存在干涉和碰撞現象，這種噴霧碰撞會對燃油的霧化、油氣混合及后續的燃燒和內燃機整體熱效率都有至關重要的影響，但對于噴霧碰撞的霧化、燃燒和排放，幾乎無相關研究，需要進行相應研究。

近些年來，很多學者運用光學儀器搭建可視化定容燃燒彈系統，對相關噴霧特性以及燃燒特性進行詳盡的研究，相關測試以及分析技術已經較為成熟，專利“一種用于噴霧、燃燒、碳煙生成特性測試的多功能定容彈”(申請號201310717167.5)顯示的申請人課題組搭建的可視化定容燃燒彈系統就是其中之一，該發明雖針對定容彈相關特征進行了詳細的設計，然而該定容彈并無法實現噴油器多角度噴射噴霧，也更無法實現雙噴油器甚至多噴油器噴射碰撞。專利“一種多功能噴霧與燃燒可視化測量定容彈”(申請號201610814864.6)提出一種六個窗口、三光路新型定容彈彈體設計，雖然其多種光路設計僅能適用多種測試技術用于測量噴霧、燃燒過程，但是多石英玻璃視窗機構設計使得定容彈彈體耐壓能力有限且裝置仍然不能適用于雙噴油器及多噴油器的噴霧相撞實驗研究。實用新型專利“一種高溫高壓天然氣柴油雙燃料噴霧定容燃燒彈裝置”(申請號201922223224.X)介紹了一種定容彈體內雙燃料噴設器設計，其將柴油噴油器及天然氣噴射器一起固定于定容彈頂部適配板上，此應用設計雖然在定容彈內同時安裝了兩個噴油器，但其指明了兩個噴油器固定安裝在同一個適配蓋板上，故而無法實現不同碰撞形態的噴霧碰撞試驗，且僅適用于氣體與液體雙燃料噴霧實驗。專利“一種對置活塞發動機干涉噴霧測試裝置”(申請號201710970012.0)提出了一種多角度噴油器噴霧干涉實驗裝置，用于實現碰撞霧化實驗；該裝置可以實現碰撞霧化的實驗觀察，但如果進一步實現碰撞燃燒和碰撞排放特性的實驗研究，其裝置局限性較大，一方面在其設計上，為了使噴油器能夠旋轉，其設計的中空式球面凹坑太深，使得噴油器底座密封板較薄，因此容彈的承壓能力較低，同時噴油器的安裝裝置都沒有壓緊裝置，密封能力較差，導致該系統無法在噴霧燃燒所需的高壓環境下工作；另一方面，為了使得噴油器旋轉角度加大，其設計的旋轉底座使噴油器噴頭很大一部分置于彈體內，使得其干涉實驗平臺不可在高溫條件下進行；以上兩個因素，使得該平臺無法實現碰撞燃燒和碰撞排放特性的實驗研究，實驗范圍較窄；且其噴油器底座的設計，噴油器只可進行一定角度范圍內的調節，無法涵蓋廣域角度實驗。