一种球形多功能定容弹制造技术

一种球形多功能定容弹，包括：一个外形为球形的本体和在该本体上具有2个以上的窗孔，各个窗孔的轴线相交于本体的球心，球心附近区域是中空的测试区域，在所述的窗孔之间有指向测试区域的通孔。本发明专利技术构造简单，加工方便，结构紧凑，弹体重量轻却能承受较高强度；测试区域温度场均匀，容弹所有密封件采用非冷却密封；内部温度和压力较容易控制，能实现高温高压下的连续测试；光学系统和喷射器布置灵活，测试范围广泛，能够对喷雾、蒸发、混合、燃烧、碳烟生成等实现平面激光诱导荧光、激光吸收与散射法、位相多普勒法、纹影法、米氏散射等多种测试方法，以及各种测试方法的组合和同时测量，测试光路可以成任意角度布置，具有普适性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种球形多功能定容弹，包括：一个外形为球形的本体和在该本体上具有2个以上的窗孔，各个窗孔的轴线相交于本体的球心，球心附近区域是中空的测试区域，在所述的窗孔之间有指向测试区域的通孔。本专利技术构造简单，加工方便，结构紧凑，弹体重量轻却能承受较高强度；测试区域温度场均匀，容弹所有密封件采用非冷却密封；内部温度和压力较容易控制，能实现高温高压下的连续测试；光学系统和喷射器布置灵活，测试范围广泛，能够对喷雾、蒸发、混合、燃烧、碳烟生成等实现平面激光诱导荧光、激光吸收与散射法、位相多普勒法、纹影法、米氏散射等多种测试方法，以及各种测试方法的组合和同时测量，测试光路可以成任意角度布置，具有普适性。【专利说明】一种球形多功能定容弹
本专利技术属于热力发动机
，涉及一种用于燃油喷雾和燃烧测试的定容容器，具体是一种可产生类似于热力发动机燃烧室内气体环境(压力、温度、成分)的装置，适合燃油喷雾的雾化、蒸发、混合气形成、燃烧等过程及其各种特性的光学测试和试验。
技术介绍
热力发动机的燃油喷雾特性是影响发动机性能的最重要因素之一，而对于高压直喷汽油机、柴油机、液体燃料冲压发动机、燃气轮机等来说，燃油的雾化特性、蒸发特性、混合特性几乎决定了发动机着火、燃烧及排放等重要性能。因此，获得并掌握燃油喷雾的雾化、蒸发、混合等特性，对先进发动机燃烧系统的设计开发具有至关重要的意义。在先进发动机燃烧系统的研发中，激光诊断技术、燃烧室内工作过程三维计算流体力学仿真和基于光学发动机的燃烧诊断技术三位一体，是匹配与优化燃烧系统中喷雾、气流运动和燃烧室形状的不可或缺的重要技术手段。而通过燃料喷雾、燃烧的激光诊断可实现对燃油雾化、蒸发、混合、燃烧过程进行可视化以及定量测量，为数值计算和建模提供实验验证进而提高模拟仿真的精确性，还为燃烧室内混合气形成过程及燃烧诊断提供直观的物理描述和解释，其重要性不言而喻。喷雾的性能直接关系到燃烧室内燃油分布，从而决定燃烧的效率和有害物质的生成。因此，开发高效、清洁的发动机，必须对直喷喷雾的雾化、蒸发和混合过程进行精确的测量。定容弹是用来产生类似于发动机燃烧室内各工况下的一定压力、温度、成分的气体的装置。向特定温度、压力、成分的气体中喷射燃油时，燃油将会雾化、蒸发，并与周围气体(通常是空气)混合，形成混合气。这时如果点燃混合气，将开始燃烧，最后形成二氧化碳、水和微量的氮氧化物、碳烟等有害燃烧产物。因此，用带有若干光学窗口的定容弹可以用光学的方法很方便地测出燃油喷雾的雾化特性、蒸发特性、燃烧特性、有害物生成特性。先进喷雾燃烧测量对定容弹的要求如下:I)具有足够的强度，能承受:闻温闻压；2)温度场均匀、内流速度低，内部温度和压力较容易控制；3)结构简单、重量轻，可实现多种基本光学测试功能；4)可进行连续测量而不需中途间断换气；5)整体紧凑便于复杂光路布置从而实现多物理量同时测量。目前大多数定容弹的主要特点和局限性可以归纳为三点，简述如下:一是多为静态系统。即在实验前先往定容弹内部充入气体，之后将定容弹封闭进行单次实验(如需对气体加热的话也在封闭条件下进行内部加热)，测试结束后将容弹内部的油气混合物放掉，准备下次实验。这种结构的定容弹多装有内部加热部件，目标温度及其均匀性难以控制。并且两次实验之间会出现间隔，需要充气-加热-放气-再充气-再加热的反复循环，实验费时长，实验效率低下。二是定容弹体结构复杂、笨重，承受强度却不高，比如柴油机在上止点附近时燃烧室内压力可达IOMPa左右，而目前所设计的定容弹即使能承受这样的强度，弹体也结构复杂且笨重，加工不便。三是测试范围不够广泛。即不能适用于各种光学测试，主要是难以实现截面燃油落点分布测试以及用位相多普勒(PDI/PDA)分析仪进行液滴粒径测试，也不便进行各种不同角度的光路布置和复杂光路布置实现多物理量同时测量。这多是由于弹体结构方面的设计导致喷油器的位置以及光路的布置不能灵活调整。比如，专利“一种喷雾测试定容弹”(专利申请号为201010272629.3)，虽然声称可以实现连续测试，但是由于容弹结构方面的设计，喷油器只能安装在容弹上盖上，光学窗口只能安装在容弹周向。导致容弹只可以进行喷雾的轴向平面光的测量，不能进行截面燃油落点分布的测量，也很难用位相多普勒(PDI)分析仪进行液滴粒径测试，缩小了容弹的测试范围。本专利技术人在专利申请“一种用于喷雾、燃烧、碳烟生成特性测试的多功能定容弹”(专利申请号为201310717167.5)中也公开了一种用于喷雾燃烧测试的定容弹，虽然这种定容弹可以实现高温高压下的连续测试，而且喷油器和光学窗口的位置可以根据测试需求灵活调整，可以实现截面燃油落点分布测试、用位相多普勒(PDI/PDA)分析仪进行液滴粒径测试等光学测试以及复杂光路布置实现多物理量同时测量。但是，由于容弹本体仍采用常规的正交多面体设计，导致各个窗口轴线之间的夹角局限在90°或180°，很难实现任意角度的光路布置，比如基于米氏散射光强对角度的依存性测量粒径；专利中提到的用该定容弹实现位相多普勒(PDI/PDA)分析仪进行液滴粒径测试(要求入射光与相机轴线成150°夹角)也是借助于玻璃固定器上的导光槽、倒角结构，测量范围受到限制，并且此时入射光和出射光都不是垂直通过石英玻璃，光线在玻璃中的折射会对测试产生一定的误差。再者，在一定的可视化窗口大小和承受高温高压的强度下，正交多面体的结构设计会使得本体结构笨重(在下文详述)。
技术实现思路
针对上述现有容弹的不足，本专利技术提出一种球形多功能定容弹。该定容弹结构简单，加工方便，重量轻却能承受高强度；便于包括喷雾的轴向平面光测试、截面燃油落点分布测试和液滴粒径分布测试等在内的各种喷雾特性测试以及燃烧测试、碳烟生成过程测试，具有普适性；结构紧凑，能进行任意角度光路布置和复杂光路布置实现多物理量同时测量；可以实现连续测试，提闻实验效率。本专利技术的技术解决方案如下:一种球形多功能定容弹，特征在于其构成包括:一个外形为球形的本体和在该本体上具有2个以上的窗孔，各个窗孔的轴线相交于本体的球心，球心附近区域是中空的测试区域，在所述的窗孔之间有指向测试区域的通孔。所述的窗孔包括上窗孔、下窗孔和三个周边窗孔，所述的上窗孔和下窗孔的窗口平面相互平行，所述的周边窗孔的窗口平面与上窗孔、下窗孔的窗口平面垂直。每一个窗孔可以由玻璃、O型橡胶圈和玻璃固定器与所述的本体密封连接构成光学窗口，或者由端盖、垫块、O型橡胶圈与本体密封连接构成测试壁面，或者由喷油器、安装块、O型橡胶圈与本体密封连接构成喷射系统，其中光学窗口的数量是两个以上。所述的窗孔轴线之间的夹角为30°、90°、180°或其它角度。所述的通孔为进气通道、排气通道或安装仪器的通道。所述的定容弹在做高温测试时，还包括进气加热系统，进气加热系统分别固定连接在所述的本体的进气通道旁。在进气通道外面加装功率可调的加热器，进气被加热到设定温度后经进气通道连续地流入本体中的测试区域供测试之用，然后经排气通道及时排出以保持容器内的压力和温度恒定。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:(I)由于本专利技术定容弹采用球形本体，可以很方便地加工出互成任意角度的平面，平面的个数、相互之间的方向完全根据需求而定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形多功能定容弹，特征在于其构成包括：一个外形为球形的本体(1)和在该本体(1)上具有两个以上的窗孔，各个窗孔的轴线相交于本体(1)的球心，球心附近区域是中空的测试区域，在所述的窗孔之间有指向测试区域的通孔(11、12)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉银，林柏洋，梁毅，李世琰，
申请(专利权)人：平湖瓦爱乐发动机测试技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33