本发明专利技术提供了一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，包括恒温水浴箱、电动水泵、流量计、内燃机机体缸盖组件、可控加热器、内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机；恒温水浴箱和内燃机机体缸盖组件之间接有输入管路和输出管路；输入管路上依次设有电动水泵和流量计；恒温水浴箱和电动水泵之间设有第一流量控制阀；内燃机机体缸盖组件包括模拟机体和缸盖；可控加热器与缸盖的底板火力面紧密接触；缸盖鼻梁区附近设有通孔，与通孔密封配合的所述内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机相连。本发明专利技术实现了内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热过程的可视化，为建立沸腾传热理论模型和改进冷却水腔结构提供依据。
【技术实现步骤摘要】
一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置
本专利技术涉及一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置，属于内燃机冷却系统沸腾相变强化传热
技术介绍
内燃机冷却系统内“热”与“质”的传递过程直接影响着内燃机热量分配与能量利用，同时又作为燃烧热氛围的边界基础，是燃烧与排放适时性调控的要素。因此，冷却系统内流动与传热行为是内燃机节能减排的关键要素之一。为满足“高效节能与超低排放”的现实渴求，大量先进技术如多气门结构、增压中冷、直喷稀燃、废气再循环、高温冷却等被采用，使得内燃机功率密度越来越高，热负荷越来越大，这引起局部有限空间内(如缸盖鼻梁区)热流密度的急剧提高，给内燃机传热冷却带来前所未有的挑战。目前传统的冷却系统是以单相对流换热为冷却传热方式。由于内燃机本体结构极为复杂且热负荷时空分布极不均匀，严重地制约着这种传热模式的冷却效率。更为复杂的是，目前冷却系统冷却量的确定仅是以保证高速大负荷工况下零部件的热可靠性为前提，势必造成在部分负荷工况会出现“冷却过剩”的现象，而在高温环境高负荷工况又会面临过热的风险。而沸腾相变传热是解决高热流密度空间换热最具潜力的途径之一，其呈现出的较小过热度条件下极高的换热性能，给提升内燃机传热冷却效率带来了契机。考虑到冷却水腔结构的复杂性和封闭性，以及沸腾现象的随机性和多变性，对内燃机沸腾传热机理与理论模型的研究具有重大意义。目前用于研究内燃机沸腾传热的试验装置大多测量诸如温度、热流密度、压力等物理量，这些参数对于研究水腔内沸腾汽泡的行为特征存在诸多经验性和局限性，例如无法获得水腔内沸腾汽泡尺度、运动情况、成核密度、脱离频率等动力学特征及沸腾状态，导致现有理论和模型简化和假设过多，模型中参数确定过于牵强，适用范围较窄，这极大地制约着沸腾传热在内燃机冷却系统中的研究与应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在上述不足，本专利技术提供一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置，实现对内燃机不同工况下缸盖鼻梁区冷却水腔内沸腾汽泡演化行为的可视化，通过对图像结果分析，为建立沸腾传热理论模型、进一步改进冷却水腔结构提供事实依据。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，其特征在于，包括恒温水浴箱、电动水泵、流量计、内燃机机体缸盖组件、可控加热器、内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机；所述恒温水浴箱和内燃机机体缸盖组件之间接有输入管路和输出管路；输入管路上依次设有电动水泵和流量计；所述恒温水浴箱和电动水泵之间设有第一流量控制阀；所述内燃机机体缸盖组件包括模拟机体和缸盖，所述缸盖位于模拟机体上部且彼此连接；所述可控加热器与缸盖的底板火力面紧密接触；所述缸盖鼻梁区附近设有通孔，与通孔密封配合的所述内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机相连。进一步的，所述电动水泵和流量计之间设有与恒温水浴箱相连的循环管路，所述循环管路上设有第二流量控制阀。进一步的，所述流量计和内燃机机体缸盖组件之间还设有分水器组件，所述分水器组件包括设有分水孔的分水盘、设有进水口的分水盖和分水接头；所述分水盘与分水盖连接；所述分水接头一端与分水孔相连，另一端与模拟机体的模拟机体上水孔相连。进一步的，所述分水孔在分水盘上呈同心圆分布，其总数至少与模拟机体上水孔的数目相同。进一步的，位于相邻两同心圆上的分水孔相互错开，且分水孔内表面设有螺纹。进一步的，两个所述分水接头分别与分水孔和模拟机体上水孔相连的一端均设有分水接头螺纹，且两个分水接头之间通过软橡胶管相连、卡箍固定。进一步的，所述分水盘内圆面上设有分水盘内螺纹，所述分水盖外圆面上设有与分水盘内螺纹配合的分水盖外螺纹，且分水盘与分水盖之间设有密封圈。进一步的，所述鼻梁区附近通孔为鼻梁区螺纹孔；所述内窥镜高速摄像装置包括内窥镜高速摄像仪和下部透明的内窥镜安装固定套筒，所述内窥镜安装固定套筒外侧设有与鼻梁区螺纹孔配合连接的固定套筒外螺纹；所述内窥镜高速摄像仪位于内窥镜安装固定套筒内。进一步的，所述内窥镜高速摄像装置还包括下部透明的镜头保护套筒，所述镜头保护套筒内部开设阶梯孔，与所述内窥镜高速摄像仪的定位台阶形成密封面；所述内窥镜安装固定套筒内管壁下部设有固定套筒内螺纹，且与所述镜头保护套筒下部所设保护套筒外螺纹配合连接。进一步的，所述内窥镜高速摄像仪头部带有LED照明光源。本专利技术的有益效果：(1)通过设置内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机，实现内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热过程的可视化；采用可控加热器提供机体缸盖组件火力面模拟热源，响应速度快；通过设置恒温水浴箱、流量计、控制阀等部件，实现进水流量和温度的可控；为研究内燃机不同工况下沸腾汽泡演化行为、建立沸腾传热理论模型和进一步改进冷却水腔结构提供事实依据。(2)通过设置分水器组件，实现对机体缸盖组件每一个上水孔流量的精确可调。(3)内窥镜高速摄像装置通过设置镜头保护套筒螺纹和内窥镜安装固定套筒螺纹实现两级调节螺纹(粗调和微调)，从而获得一个最佳的内窥镜镜头离沸腾气泡产生区域的观测距离。(4)整个实验装置集密封与可视化一体，结构简单，加工方便，操作灵活。附图说明图1为内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置的组成示意图。图2为分水盘结构示意图。图3为图2的A-A剖视图。图4为分水盖结构示意图。图5为图4的B-B剖视图。图6为分水接头结构示意图。图7为模拟机体结构示意图。图8为缸盖鼻梁区附近设置内窥镜高速摄像装置示意图。图9为内窥镜高速摄像装置。图10为镜头保护套筒示意图。图11为内窥镜安装固定套筒示意图。附图标记说明如下：1-恒温水浴箱，2-第一流量控制阀，3-电动水泵，4-流量计，5-分水器组件，6-内燃机机体缸盖组件，7-可控加热器，8-内窥镜高速摄像装置，9-图像采集系统及计算机，10-第二流量控制阀，51-分水盘，512-分水孔，514-分水盘内螺纹，52-分水盖，522-进水口，524-分水盖外螺纹，53-分水接头，532-分水接头螺纹，61-模拟机体，612-缸盖螺纹孔，614-模拟机体上水孔，62-缸盖，622-鼻梁区螺纹孔，81-内窥镜高速摄像仪，82-镜头保护套筒，83-内窥镜安装固定套筒，812-定位台阶，822-阶梯孔，824-保护套筒外螺纹，832-固定套筒外螺纹，834-固定套筒内螺纹。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，包括恒温水浴箱1、电动水泵3、流量计4、分水器组件5、内燃机机体缸盖组件6、可控加热器7、内窥镜高速摄像装置8和图像采集系统及计算机9；所述恒温水浴箱1通过输入管路与分水器组件5的进水口522相连，恒温水浴箱1与分水器组件5之间依次设有第一控制阀2、电动水泵3和流量计4，在电动水泵3和流量计4之间设有与恒温水浴箱1相连的循环管路，循环管路上设置有第二流量控制阀10，通过调节以模拟实际工况中的水流状况；所述分水器组件5后接内燃机机体缸盖组件6，所述内燃机机体缸盖组件6通过输出管路与恒温水浴箱1相连；所述可控加热器7与内燃机机体缸盖组件6的缸盖62底板火力面紧密接触，以模拟热源；从恒温水浴箱1中流出的冷却工质流经第一流量控制阀2、电动水泵3后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，其特征在于，包括恒温水浴箱(1)、电动水泵(3)、流量计(4)、内燃机机体缸盖组件(6)、可控加热器(7)、内窥镜高速摄像装置(8)和图像采集系统及计算机(9)；所述恒温水浴箱(1)和内燃机机体缸盖组件(6)之间接有输入管路和输出管路；输入管路上依次设有电动水泵(3)和流量计(4)；所述恒温水浴箱(1)和电动水泵(3)之间设有第一流量控制阀(2)；所述内燃机机体缸盖组件(6)包括模拟机体(61)和缸盖(62)，所述缸盖(62)位于模拟机体(61)上部且彼此连接；所述可控加热器(7)与缸盖(62)的底板火力面紧密接触；所述缸盖(62)鼻梁区附近设有通孔，与通孔密封配合的所述内窥镜高速摄像装置(8)和图像采集系统及计算机(9)相连。
【技术特征摘要】
1.一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，包括恒温水浴箱(1)、电动水泵(3)、流量计(4)、内燃机机体缸盖组件(6)、可控加热器(7)、内窥镜高速摄像装置(8)和图像采集系统及计算机(9)；所述恒温水浴箱(1)和内燃机机体缸盖组件(6)之间接有输入管路和输出管路；输入管路上依次设有电动水泵(3)和流量计(4)；所述恒温水浴箱(1)和电动水泵(3)之间设有第一流量控制阀(2)；所述内燃机机体缸盖组件(6)包括模拟机体(61)和缸盖(62)；所述可控加热器(7)与缸盖(62)的底板火力面紧密接触；所述缸盖(62)鼻梁区附近设有通孔，所述内窥镜高速摄像装置(8)与通孔密封配合；所述可控加热器(7)和所述内窥镜高速摄像装置(8)均与图像采集系统及计算机(9)相连，其特征在于，所述鼻梁区附近通孔为鼻梁区螺纹孔(622)；所述内窥镜高速摄像装置(8)包括内窥镜高速摄像仪(81)、下部透明的镜头保护套筒(82)和下部透明的内窥镜安装固定套筒(83)，所述内窥镜安装固定套筒(83)外侧设有与鼻梁区螺纹孔(622)配合连接的固定套筒外螺纹(832)；所述内窥镜高速摄像仪(81)位于内窥镜安装固定套筒(83)内，所述镜头保护套筒(82)内部开设阶梯孔(822)，与所述内窥镜高速摄像仪(81)的定位台阶(812)形成密封面，所述内窥镜安装固定套筒(83)内管壁下部设有固定套筒内螺纹(834)，且与所述镜头保护套筒(82)下部所设保护套筒外螺纹(824)配合连接。2.根据权利要求1所述的内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，其特征在于，所述电动水泵(3)和流量计(4)之间设有与恒温水浴箱(1)相连的循环管路，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：董非，尹必峰，贾和坤，龚伟，赵高岩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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