[發明專利]發動機紅外熱流三維可視化氣道穩流實驗臺及測試方法

在審

• 申請號: 202110682350.0
• 申請日: 2021-06-20
• 公開（公告）號: CN113281051A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 張韋;孟麗蘋;陳朝輝;張翔宇;李澤宏;馮婷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01M15/02
• 分類號: G01M15/02
• 代理公司: 云南派特律師事務所 53110
• 代理人: 龔筍根

本發明公開了一種發動機紅外熱流三維可視化氣道穩流實驗臺及測試方法,屬于發動機進氣道測試技術領域，包括發動機、氣缸、氣流穩壓箱、尾氣熱流引流裝置、紅外熱像儀；本實驗臺利用發動機的排氣作為紅外熱流，以大氣中的空氣作為冷流，從發動機主排氣道中引出熱氣流尾氣分流引流管進入設置于氣道芯盒內部的進氣道，并通過紅外熱像儀實時追蹤并拍攝紅外透波缸套內部三維熱氣流的分布形態以及流動方向，以此為依據對發動機氣道的流動特性進行測試及評價，有利于直觀評價氣道結構參數對缸內氣流運動特性的影響，本實驗臺測試對象范圍廣，幾乎適用于任何一臺往復活塞式發動機的進氣道對缸內流場影響特性的測試。

技術領域

本發明涉及發動機進氣道測試技術領域，具體涉及一種發動機紅外熱流三維可視化氣道穩流實驗臺。

背景技術

進氣道作為內燃機進氣的關鍵部件，它的結構特征將顯著影響著氣缸內空氣運動的情況，并進而影響發動機的燃燒及排放特性。一款設計優良的發動機進氣道，不但需要保證發動機有充足的進氣量，還必須能夠組織良好的缸內氣流運動，以提高柴油機的油氣混合速率/提高汽油機混合氣充氣效率，促進火焰傳播速率，提升燃燒效率，從而達到提高發動機的動力性、經濟性，改善排放特性、降低燃燒噪聲的目的。

為了深入了解氣缸內空間流場信息以及氣流運動特性，研究人員采用了多種測試技術，如將激光多普勒測試法（LDH）、粒子圖像測速法（PIV）、熱線風速測試法（HWV）等技術應用于氣缸內流場測試。盡管激光多普勒測試法（LDH）和粒子圖像測速法（PIV）均能實現氣缸內部的氣流運動特性的可視化圖像分析，但實驗設備成本過于昂貴，操作太復雜，處理數據繁瑣，使得它的使用受到了極大的限制。相對而言，熱線風速法（HWV）設備成本偏低，但在實驗操作過程中測試效果極易受到的測試環境的干擾，使得被測氣體流動方向識別困難，難以在工程上進行推廣應用。因而，需要提供一種測試設備便宜、測試精度高的實驗臺對缸內空氣運動狀態進行可視化分析。

基于上述特質，本發明提出了一種新型氣道穩流實驗臺及測試方法，利用大氣中的空氣作為冷流，通過發動機產生源源不斷的排氣熱流，并采用紅外熱像儀連續記錄紅外透波缸套內的熱流流場，在測試過程中不但可以清晰捕捉熱氣流的分布形態及流動方向，測試受環境干擾因素較小、操作簡單，可大幅提高測試精度。由于本實驗臺結構簡單，測試設備價格相對便宜，操作簡便，可適用于針對發動機進氣道的科學研究和工程開發。

發明內容

本發明的目的是為克服現有氣道測試技術的不足，提供一種發動機紅外熱流三維可視化氣道穩流實驗臺，可以為氣道穩流實驗測試提供氣流穩定、充足的高溫熱流，并且能通過紅外熱像儀捕捉穿過氣道的熱氣流的分布形態及流動方向，有利于直觀評價氣道結構參數對缸內氣流運動特性的影響。

本發明發動機紅外熱流三維可視化氣道穩流實驗臺，包括發動機、氣缸、氣流穩壓箱、尾氣熱流引流裝置、紅外熱像儀；

所述發動機的進氣通道由一級進氣通路和二級進氣通路匯合而成，一級進氣通路上安裝有氣量調節閥Ⅱ，二級進氣通路上安裝有氣量調節閥Ⅰ，發動機主排氣道上設置有尾氣分流口，發動機主排氣道的末端安裝有氣量調節閥Ⅲ；

所述氣缸包括進氣道、進氣門、氣門升程調節器、氣道芯盒和缸套，所述缸套是紅外透波缸套，所述紅外透波缸套的底部安裝在氣流穩壓箱上并與氣流穩壓箱的入口連通，所述氣流穩壓箱的出口經壓差傳感器、空氣濾清器后接入發動機的一級進氣通路，所述進氣道的入口端安裝有進氣導管，進氣導管的管徑與進氣道相同并與進氣道對正，進氣導管上安裝有氣流速度測量儀Ⅰ；