一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，用于模拟流动状态下气体的激光点火燃烧过程。该平台主要包括流动管燃烧器、气体供给系统、纹影法光学拍摄系统、LPI点火系统、数据采集控制系统。通过同步器DG535触发Nd

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台


[0001]本专利技术属于内燃机领域，具体是涉及一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台。

技术介绍

[0002]内燃机作为一种应用最为广泛的动力机械装置，已经广泛应用于人类出行和工业制造中。随着国家节能减排政策的提出和日益严峻的排放法规的出台，内燃机的发展面临严峻的挑战，提高热效率和减少污染物排放成为内燃机发展的两个方向。内燃机燃烧室内部的燃烧直接影响内燃机的工作状况，进而影响内燃机的动力性能、经济性能和污染排放性能。因此，研究内燃机燃烧室内部的燃烧状况具有非要重要的研究意义。由于内燃机燃烧室结构复杂，需要先研究简单结构燃烧室的燃烧状况才能应用于实际内燃机燃烧室，但是定容燃烧弹中只能研究静止的气流，与实际内燃机流动状态下的流动状态下的气流差距很大，不适合开展基础研究。作为一种极富潜力的新型点火技术，LPI(Laser
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Induced Plasma Ignition)点火在汽车、航空和航天领域有着良好的应用前景。相比于传统的车用电火花塞，采用LPI点火系统可以方便且精确地对点火能量、时刻和位置进行控制。同时，由于激光点火装置可以布置在气缸外，不仅更有利于燃烧室形状的设计，还可以避免火焰传播过程中火花塞表面产生的热损失，也消除了不完全燃烧产生的积碳，延长了火花塞寿命。此外，当点火能量相同时，LPI点火系统产生的初始火核体积大于电火花系统，这有利于实现更高效的燃烧，提高发动机的动力性和燃油经济性，同时降低排放。
[0003]流动管燃烧器可以研究流动状态的气流，因此相比于定容燃烧弹只能研究静止状态下的气流，可以更好的模拟内燃机燃烧室内部的燃烧状态。由于传统的流动管燃烧器一般只能使用电火花点火，因此可以通过对流动管的改造，合理的布置光路，实现流动管激光点火方式以及可视化研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，具体是一种可以研究在流动气体采用LPI激光点火方式的光学可视化实验装置，解决现在很多流动管燃烧室无法采用激光点火以及燃烧可视化研究面临的难题。
[0005]本专利技术采用以下的技术方案来实现：
[0006]一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，包括可视化流动管燃烧器、气体供给系统、纹影法光学拍摄系统、LPI点火系统和数据采集控制系统；
[0007]在进行光学实验时，通过气体供给系统向可视化流动管燃烧器通入气体，形成流动气体；数据采集控制系统用于控制脉冲激光器触发LPI点火系统点火和同步触发高速摄像机拍摄采集，纹影法光学拍摄系统用于获得可视化流动管燃烧器内部的燃烧过程的实验图像。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，气体供给系统中的气瓶通过软管和快插接头依次串联
连接气体流量计和微量调节阀，气体流量计和微量调节阀精准控制气体流量。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，可视化流动管燃烧器中，在流动管右侧靠近玻璃端盖和视窗盖板一侧的2个气路接口通过快插接头连接燃料和空气预混气体的软管，靠近整流孔板一侧的2个气路接口通过快插接头连接吹扫气体的软管，用于吹扫燃烧尾气。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，燃烧尾气通过左侧连接的尾气抽气泵抽走，通过后方的排放管路排放到气体处理井中。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，可视化流动管燃烧器能够用于激光点火方式，可视化流动管燃烧器包括一体化燃烧器腔体，一体化燃烧器腔体左右两侧连接4个气路接口，上部燃烧器端盖固定三块整流孔板实现气流场均匀；上下端面处的玻璃端盖实现激光光路的进出，左右端面处的视窗盖板用于高速摄像机的拍摄。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，激光器发出的激光通过1号反射镜改变光路方向，经过2号反射镜抬升激光高度，经过3号反射镜实现光路水平传播，经过4号反射镜将平行激光改变为垂直激光，垂直激光依次通过扩束目镜和扩束物镜实现激光扩束，减小激光光束的发射角，最后通过聚焦镜和玻璃端盖实现在玻璃视窗中心处聚焦产生等离子体点火。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，通过纹影光学系统对可视化流动管燃烧器内部的流动气流激光点火燃烧过程进行非接触测量。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，纹影法光学拍摄系统包括LED光源、光学狭缝、1号凸透镜、2号凸透镜、刀口和高速摄像机；LED光源和光学狭缝产生点光源，通过1号凸透镜形成平行光，然后通过平面玻璃穿过被测流场，2号凸透镜将平行光聚焦，经过刀口切光后，最后由高速摄像机拍摄记录可视化流动管燃烧器内部流动气体燃烧情况。
[0015]本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0016]本专利技术提供了一种基于激光诱导等离子体点火(LPI)的可视化流动管燃烧器的光学实验平台，该光学实验平台首先通过进气管路系统向流动管燃烧器进气，通过导流孔板在点火位置处形成均匀流场。DG535同步器给Nd
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YAG激光器一个触发信号触发Nd
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YAG激光器，Nd
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YAG激光器发出激光，经过光路系统聚焦于点火位置，产生高温等离子体点燃流动气体。同步器DG535同步触发高速摄像机。本专利技术在研究流动燃烧的基础上，改进燃烧器，增加了可视化玻璃视窗，布置了LPI激光点火系统，实现流动燃烧器LPI激光点火。并且通过同步器实现了激光点火、高速摄像机的同步触发，实现了高速摄像机的同步测量。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的一种基于激光诱导等离子体点火(LPI)的可视化流动管燃烧器的光学实验平台的气体供给系统结构图。
[0018]图2是流动管燃烧器的结构图。
[0019]图3是实验平台激光光路布置的示意图。
[0020]图4是实验平台的纹影法光学拍摄系统。
[0021]附图标记说明：
[0022]1、气瓶，2、气体流量计，3、微量调节阀，4、可视化流动管燃烧器，5、尾气抽气泵，6、排放管路，7、尾部燃烧器端盖，8、整流孔板，9、上部燃烧器端盖，10、气路接口，11、玻璃端盖，12、下部燃烧器端盖，13、一体化燃烧器腔体，14、平面玻璃，15、视窗盖板，16、Nd
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YAG激
光器，17、1号反射镜，18、2号反射镜，19、3号反射镜，20、4号反射镜，21、扩束目镜，22、扩束物镜，23、聚焦镜，24、LED光源，25、光学狭缝，26、1号凸透镜，27、2号凸透镜，28、刀口，29、高速摄像机。
具体实施方式
[0023]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，其特征在于，包括可视化流动管燃烧器、气体供给系统、纹影法光学拍摄系统、LPI点火系统和数据采集控制系统；在进行光学实验时，通过气体供给系统向可视化流动管燃烧器(4)通入气体，形成流动气体；数据采集控制系统用于控制脉冲激光器(16)触发LPI点火系统点火和同步触发高速摄像机(29)拍摄采集，纹影法光学拍摄系统用于获得可视化流动管燃烧器(4)内部的燃烧过程的实验图像。2.根据权利要求1所述的一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，其特征在于，气体供给系统中的气瓶(1)通过软管和快插接头依次串联连接气体流量计(2)和微量调节阀(3)，气体流量计(2)和微量调节阀(3)精准控制气体流量。3.根据权利要求1所述的一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，其特征在于，可视化流动管燃烧器中，在流动管右侧靠近玻璃端盖(11)和视窗盖板(15)一侧的2个气路接口通过快插接头连接燃料和空气预混气体的软管，靠近整流孔板(8)一侧的2个气路接口通过快插接头连接吹扫气体的软管，用于吹扫燃烧尾气。4.根据权利要求3所述的一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，其特征在于，燃烧尾气通过左侧连接的尾气抽气泵(5)抽走，通过后方的排放管路(6)排放到气体处理井中。5.根据权利要求1所述的一种基于激光点火的可视化流动管燃烧器光学实验平台，其特征在于，可视化流动管燃烧器(4)能够用于激光点火方式，可视化流动管燃烧器(4)包括一体化燃烧器腔体(13)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡二江，王朝君，郭晓阳，张俊杰，殷阁媛，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：