一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，属于液滴碰壁实验技术领域，包括：气路模块、气流加速控制模块、防风长管、滑动导轨、支撑平台及液滴产生模块；所述气路模块用于提供驱动液滴加速下落的气体；所述液滴产生模块用于重复产生单个液滴；所述气流加速控制模块用于对气路模块提供的气体的气流进行引导，消除湍流，产生层流，并通过层流对液滴进行加速处理，使液滴加速下落，滴落在测试平面上；所述防风长管安装在滑动导轨上，且处于竖直状态，其底部与所述测试平面留有间隙，其顶部正对气流加速控制模块的液滴出口端；本发明专利技术通过增加内径比液滴大的防风长管，可以完全锁定液滴的落点，有效解决外部空气对液滴造成漂移的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置
本专利技术属于液滴碰壁实验
，具体涉及一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置。
技术介绍
随着发动机机强化程度不断提高，在低转速大负荷工况下出现了一种被称为“超级爆震”的不正常燃烧现象，缸内峰值压力可超过30MPa，压力震荡幅度可超过20MPa，具有极强的破坏性，可造成火花塞断裂、气门熔断或活塞烧蚀。早燃是指火花点火前出现的着火现象，早燃和超级爆震之间存在着密切的联系。超级爆震前一定发生了早燃，早燃是发生超级爆震的必要非充分条件。因而，抑制超级爆震的一条重要途径就是杜绝早燃。机油液滴诱发早燃机理成为目前早燃诱因的主流观点。该机理认为，对于缸内直喷发动机，燃油喷雾碰壁导致气缸壁面的机油油膜被稀释，机油黏度和表面张力降低。机油稀释的比例越大，机油黏度和表面张力降低的幅度就越大。在压缩冲程活塞接近上止点位置时，活塞向上做减速运动，速度与加速度方向相反。此时在气缸壁面、活塞侧面和第一道活塞环所围成的间隙内的机油，容易在惯性力的作用下，以机油液滴的形式进入燃烧室中。机油液滴中含有的部分易燃物质，在机油表面蒸发并形成着火延迟较短的可燃气体，在一定的温度和压力条件下，可燃气体自燃并点燃周围的混合气，最终导致早燃的发生。如果能深入了解液滴碰撞壁面的机理并控制其碰撞效果，则可能缓解汽油机超级爆震的问题。现有技术中的液滴碰壁实验，一般是液滴靠自身重力下落撞击在壁面上，其韦伯数的变化靠改变液滴直径和下落高度。在低韦伯数条件下气流对液滴下落影响不大，但在高韦伯数条件下，外部气流会造成液滴发生漂移，对实验结果产生较大影响，带来严重误差，并且为拍摄工作带来极大难度。高空落地漂移不可避免，研究过程中高速相机的景深和视野大小都有限，不易获得高质量图片。如图1所示，液滴自高空下落，在外界气流的吹动下，液滴偏离正中心位置。图2为实验过程中液滴漂移远离高速相机焦点位置造成拍摄结果模糊的情况。目前还没有有效的实验装置能够解决这个问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，通过增加一根内径比液滴大的防风长管，可以完全锁定液滴的落点，有效解决外部空气对液滴造成漂移的问题。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，包括：气路模块、气流加速控制模块、防风长管、滑动导轨、支撑平台及液滴产生模块；所述气路模块用于提供驱动液滴加速下落的气体，并对气体流量和压力进行控制；所述液滴产生模块用于重复产生单个液滴；所述气流加速控制模块通过竖直安装的滑动导轨安装在支撑平台上，用于对气路模块提供的气体的气流进行引导，消除湍流，产生层流，并通过层流对液滴进行加速处理，使液滴加速下落，滴落在测试平面上；所述滑动导轨用于控制气流加速控制模块沿竖直方向移动，以控制液滴的下落高度；所述防风长管安装在滑动导轨上，且处于竖直状态，其底部与所述测试平面留有间隙，其顶部与气流加速控制模块的液滴出口端对接。进一步的，防风长管的底部加工有外螺纹，通过双向螺母增加另一个防风长管，以增加防风长管的总体高度。进一步的，所述气路模块包括：压缩气瓶、减压阀和气体流量控制器；减压阀和气体流量控制器均安装在压缩气瓶的出气管道上。进一步的，所述液滴产生模块包括驱动泵、注射器、导管及针头；注射器内装有液体，注射器的出口端通过导管与针头连接并相通，驱动泵通过推动注射器的活塞杆运动，使得注射器内的液体通过导管流入到针头中，通过所述针头产生液滴。进一步的，所述气流加速控制模块包括：扩散器、矫直机、针头支架及喷嘴；所述扩散器为圆台状筒体，其小径端与气路模块的出气管道对接并相通，其大径端与圆筒状的矫直机的一端同轴对接，矫直机的另一端通过同轴布置的圆环状的针头支架与喷嘴的大径端同轴对接；针头的水平部分安装在针头支架上，针头的竖直部分与喷嘴的小径端相对，通过针头流出的液滴在喷嘴被气体驱动加速后，通过喷嘴的小径端加速滴落。进一步的，所述矫直机内部安装有筛管和筛网；两个以上与矫直机轴线平行的筛管密集安装在矫直机的上部，两个以上筛网同轴并列安装在矫直机的下部；进一步的，两个以上筛管密集安装在圆环状的压块中，通过圆环状的压块安装在矫直机内；每个筛网的上、下表面通过两个压块压紧后，安装在矫直机内。进一步的，所述防风长管的内径与喷嘴的小径端内径相同，且与喷嘴无缝对接。进一步的，还包括加热模块，所述加热模块用于加热液滴滴落的测试平面的温度，来模拟发动机燃烧室内表面的温度；所述加热模块包括：恒温加热平台、活动平板和测温仪；恒温加热平台位于气流加速控制模块的下方，恒温加热平台上安装有活动平板，活动平板即为液滴滴落的测试平面；所述测温仪用于测量活动平板的温度，通过调节恒温加热平台使活动平板的温度控制在发动机燃烧室内表面的温度范围内。进一步的，还包括可视化模块，可视化模块用于采集液滴从防风长管到测试平面之间的滴落过程的图像；所述可视化模块包括：光源、均光片、高速相机和计算机；光源和均光片均位于测试平面的一侧，高速相机位于测试平面的另一侧，光源与高速相机相对；高速相机用于采集液滴滴落过程的图像，高速相机与计算机电路连接，计算机用于接收所述图像；光源用于提供照明；均光片用于将光源发出的点光源均匀漫射成面光源。有益效果：(1)本专利技术将气流加速控制模块和防风长管结合起来，可以达到对液滴稳定加速的作用，且防风长管使得液滴在下落过程中受空气影响不会造成的漂移现象，可以锁定液滴落点，保证落点位置的一致性，保证实验的准确性，减少了工作人员重复实验的次数，降低试验设备误差带来的影响。(2)本专利技术通过气流来驱动液滴加速，通过改变气体流量及压力，可以改变液滴的滴落速度，进而方便迅速的改变液滴韦伯数，扩大液滴撞壁实验在韦伯数方向的研究领域，同时，综合考虑了气流及压力对液滴碰壁的影响。(3)本专利技术通过滑动导轨来控制气流加速控制模块沿竖直方向移动，以控制液滴的下落高度，进而控制液滴碰壁速度。附图说明图1为现有技术的液滴偏离情况图；图2为现有技术的液滴偏离情况时高速相机的拍摄结果图；图3为本专利技术的组成示意图；图4为本专利技术的气流加速控制模块的组成示意图；图5为本专利技术的矫直机内部示意图；图6为本专利技术的喷嘴内表面的函数曲线图；图7为本专利技术的防风长管内的层流的流速分布图；图8为本专利技术的防风长管内的层流的切应力分布图；其中，1-压缩气瓶，2-减压阀，3-气体流量控制器，4-导管，5-支架平台，6-驱动泵，7-注射器，8-支架，9-计算机，10-高速相机，11-活动平板，12-恒温加热平台，13-均光片，14-光源，15-扩散器，16-矫直机，17-针头支架，18-针头，19-喷嘴，20-筛管，21-筛网，22-压块，23-防风长管，24-滑动导轨。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供了一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，参见附图3，包括：气路模块、气流加速控制模块、液滴产生模块、防风长管23、滑动导轨24、支撑平台5、加热模块及可视化模块；所述气路模块用于提供气体并对气体流量和压力进行控制，包括：压缩气瓶1、减压阀2和气体流量控制器3；减压阀2和气体流量控制器3均安装在压缩气瓶1的出气管道上；所述液滴产生模块用于重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，其特征在于，包括：气路模块、气流加速控制模块、防风长管(23)、滑动导轨(24)、支撑平台(5)及液滴产生模块；所述气路模块用于提供驱动液滴加速下落的气体，并对气体流量和压力进行控制；所述液滴产生模块用于重复产生单个液滴；所述气流加速控制模块通过竖直安装的滑动导轨(24)安装在支撑平台(5)上，用于对气路模块提供的气体的气流进行引导，消除湍流，产生层流，并通过层流对液滴进行加速处理，使液滴加速下落，滴落在测试平面上；所述滑动导轨(24)用于控制气流加速控制模块沿竖直方向移动，以控制液滴的下落高度；所述防风长管(23)安装在滑动导轨(24)上，且处于竖直状态，其底部与所述测试平面留有间隙，其顶部与气流加速控制模块的液滴出口端对接。

【技术特征摘要】
1.一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，其特征在于，包括：气路模块、气流加速控制模块、防风长管(23)、滑动导轨(24)、支撑平台(5)及液滴产生模块；所述气路模块用于提供驱动液滴加速下落的气体，并对气体流量和压力进行控制；所述液滴产生模块用于重复产生单个液滴；所述气流加速控制模块通过竖直安装的滑动导轨(24)安装在支撑平台(5)上，用于对气路模块提供的气体的气流进行引导，消除湍流，产生层流，并通过层流对液滴进行加速处理，使液滴加速下落，滴落在测试平面上；所述滑动导轨(24)用于控制气流加速控制模块沿竖直方向移动，以控制液滴的下落高度；所述防风长管(23)安装在滑动导轨(24)上，且处于竖直状态，其底部与所述测试平面留有间隙，其顶部与气流加速控制模块的液滴出口端对接。2.如权利要求1所述的一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，其特征在于，防风长管(23)的底部加工有外螺纹，通过双向螺母增加另一个防风长管(23)，以增加防风长管(23)的总体高度。3.如权利要求1所述的一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，其特征在于，所述气路模块包括：压缩气瓶(1)、减压阀(2)和气体流量控制器(3)；减压阀(2)和气体流量控制器(3)均安装在压缩气瓶(1)的出气管道上。4.如权利要求1所述的一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，其特征在于，所述液滴产生模块包括驱动泵(6)、注射器(7)、导管(4)及针头(18)；注射器(7)内装有液体，注射器(7)的出口端通过导管(4)与针头(18)连接并相通，驱动泵(6)通过推动注射器(7)的活塞杆运动，使得注射器(7)内的液体通过导管(4)流入到针头(18)中，通过所述针头(18)产生液滴。5.如权利要求4所述的一种能够纠正落点漂移的液滴碰壁实验装置，其特征在于，所述气流加速控制模块包括：扩散器(15)、矫直机(16)、针头支架(17)及喷嘴(19)；所述扩散器(15)为圆台状筒体，其小径端与气路模块的出气管道对接并相通，其大径端与圆筒状的矫直机(16)的一端同轴对接，矫直机(16)的另一端通过同轴布置的圆环状的针头支架(17)与喷嘴(19)的大径端同轴对接；针头(18)的水平部分安装在针头支架(17)上，针头(18)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晗，刘福水，范隆杰，李佳峰，岑春泽，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11