本发明专利技术公开了一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，包括高温高压可视化快速压缩机实验系统，喷油器液滴发生系统，信号发生与采集系统，以及显微成像系统；高温高压可视化快速压缩机实验系统采用气压驱动液压制动，通过压缩空气驱动活塞连杆机构快速压缩缸内的气体，在可视化燃烧室形成均匀的高温高压环境；信号发生与采集系统用于控制快速压缩机动作，给出显微成像系统的高速摄像机触发信号和燃烧室动态压力采集信号；喷油器液滴发生系统用于向燃烧室供给一定数量的亚毫米离散液滴；显微成像系统用于获取可视化燃烧室内的液滴过程图像信息。本发明专利技术有助于高温高压条件下的液滴蒸发特性与自燃特性研究与数值模型建立。值模型建立。值模型建立。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置
[0001]本专利技术属于内燃机
，具体涉及一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置。
技术介绍
[0002]液体燃料燃烧所释放的化学能作为一种重要的能源，广泛应用于各种动力设备中，是各种内燃机重要的能量来源。液体燃料的燃烧是一个复杂的非均匀的两相反应流过程，主要包括可燃混合气准备阶段以及混合气着火燃烧阶段。在高温高压的条件下化学反应速度很快，液体燃料燃烧速率主要受限于可燃混合气准备过程，如燃料的蒸发过程以及与空气混合过程。为了获取不同的燃料液滴在不同条件下的蒸发速率、着火延迟与燃烧持续时间，需要对液滴蒸发及自着火特性进行可视化实验研究。目前，研究液滴蒸发及自燃实验研究主要为液滴的高温低压蒸发特性及自燃特性，而对于液滴在高温高压条件下的蒸发特性与自燃特性研究较少；同时，液滴发生的方法主要采用挂滴法，产生的液滴的直径一般大于1mm，与实际发动机中的液滴尺寸相差较大，且悬挂液滴的材料会改变液滴的形态以及液滴与环境的换热条件。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，具体是一种通过快速压缩缸内气体产生与实际发动机相似的高温高压热力环境，并通过喷油器液滴发生装置产生亚毫米级别微液滴，采用显微成像系统研究液滴高温高压条件下的蒸发特性与自燃特性的光学实验装置，以解决高温高压条件下的液滴蒸发及自燃可视化实验研究所面临的困难，有利于液滴数值模型的建立。
[0004]本专利技术如下技术方案来实现的：
[0005]一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，包括高温高压可视化快速压缩机实验系统，喷油器液滴发生系统，信号发生与采集系统，以及显微成像系统；
[0006]高温高压可视化快速压缩机实验系统用于采用气压驱动液压制动，通过储气罐中的压缩空气驱动活塞连杆机构快速压缩缸内的气体，在可视化燃烧室形成均匀的高温高压环境；
[0007]信号发生与采集系统用于控制快速压缩机动作，给出显微成像系统的高速摄像机触发信号和燃烧室动态压力采集信号；喷油器液滴发生系统用于向可视化燃烧室供给设定数量的亚毫米离散液滴；显微成像系统用于获取可视化燃烧室内的液滴过程图像信息。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，高温高压可视化快速压缩机实验系统包括依次连接的可视化燃烧室、压缩段、活塞连杆机构、液压段和驱动段，液压段通过液压油泵、液压油箱及其管路组成液压回路，驱动段通过储气罐、高压气泵、电动蝶阀及其管路组成气压回路。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，可视化燃烧室包括燃烧室主体，燃烧室端盖，设置在燃烧室主体前后侧面的石英视窗及石英视窗盖，开设在可视化燃烧室底部的进排气口，以及
开设在可视化燃烧室顶部的喷油器安装孔，可视化燃烧室的燃烧室主体的两端面分别与燃烧室端盖和压缩段的端面连接，并与活塞顶面一起形成中空的燃烧室内腔体。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，可视化燃烧室的底部还开设有用于安装压力传感器的压力传感器孔。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，显微成像系统还包括背光灯和长焦显微镜，背光灯和长焦显微镜分别设置在燃烧室主体前后侧面的石英视窗外，高速摄像机通过长焦显微镜拍摄记录液滴形态和大小随时间变化以及着火燃烧过程的图像。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，喷油器液滴发生系统包括燃油箱、高压输液泵和喷油器，喷油器设置在可视化燃烧室顶部的喷油器安装孔处，燃油箱通过高压输液泵连接至喷油器。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，喷油器液滴发生系统能够产生亚毫米尺寸的离散液滴。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，喷油器液滴发生器沿着压缩段径向方向布置，并与光路方向垂直，液滴的运动方向与活塞连杆机构的运动方向垂直。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，信号发生与采集系统用于同步触发快速压缩机、高速摄像机和喷油器液滴发生系统工作，并采集缸内压力信号。
[0016]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0017]本专利技术提供的一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，通过对快速压缩机的燃烧室进行改造，增加了喷油器液滴发生系统和石英视窗，以及与之配套的显微成像系统。该光学实验装置首先通过快速压缩机压缩缸内气体来提供高温高压的热力学环境环境；通过压力传感器采集缸内气体压力，计算不同时刻的缸内温度和压力等热力学参数以提供液滴蒸发的边界条件。接着采用喷油器液滴发生系统在一定的样品压力和极短的喷油脉宽可以在燃烧室内产生亚毫米尺寸的离散液滴；离散液滴在缸内不断向前运动，在高温环境气体的加热下液滴不断地蒸发；在含氧气体氛围里，燃料蒸汽不断地与周围的气体混合，当达到燃料自着火条件液滴发生自燃。通过调整燃烧室内压缩气体的成分可以分别对液滴纯蒸发过程(不含氧化剂)与着火燃烧过程(含氧化剂)进行实验研究，并可通过调整气体中氧气的含量、环境温度以及环境压力得到液滴发生自着火的临界条件。最后通过高速摄像机和长焦显微镜，采用消光法捕获燃烧室内微小区域中的液滴蒸发及燃烧过程的图像信息，探究液滴高温高压条件下的蒸发特性与自燃特性，为数值模型的建立提供准确的实验数据。
[0018]综上，为了探究微小液滴在高温高压热力学条件下的蒸发特性与自燃特性，本专利技术设计了一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，快速压缩机能够在极短的时间内通过快速压缩缸内气体，形成高温高压且均匀的气体环境，提供与实际发动机相似的热力学条件；而喷油器液滴发生系统可以产生与实际发动机燃烧过程中尺寸相似的0.1毫米尺寸的离散液滴；通过该实验装置可以获取微液滴在高温高压条件下的蒸发及自燃过程，为数值模型的建立提供精确的实验数据。
附图说明
[0019]图1为可视化快速压缩机实验装置的结构图。
[0020]图2为可视化燃烧室的纵剖图。
[0021]图3为可视化燃烧室的横剖图。
[0022]图4为高温高压实验装置的示意图。
[0023]附图标记说明：
[0024]1、可视化燃烧室，2、压缩段，3、活塞连杆机构，4、液压段，5、驱动段，6、电动蝶阀，7、储气罐，8、高压气泵，9、液压油箱，10、液压油泵，11、信号发生与采集系统，12、燃烧室主体，13、喷油器液滴发生器，14、石英视窗，15、石英视窗盖，16、进排气口，17、压力传感器孔，18、燃烧室端盖，19、高压输液泵，20、储液瓶，21、背光灯，22、长焦显微镜头，23、高速摄像机。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本专利技术做出进一步的说明。
[0026]参见图1至图4，本专利技术提供的一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，包括可视化燃烧室1、压缩段2、活塞连杆机构3、液压段4、驱动段5、电动蝶阀6、储气罐7、高压气泵8、带液压油泵10的液压油箱9以及信号发生与采集系统11组成。可视化燃烧室1由燃烧室主体12、石英视窗14、石英视窗盖15、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，其特征在于，包括高温高压可视化快速压缩机实验系统，喷油器液滴发生系统，信号发生与采集系统(11)，以及显微成像系统；高温高压可视化快速压缩机实验系统用于采用气压驱动液压制动，通过储气罐(7)中的压缩空气驱动活塞连杆机构(3)快速压缩缸内的气体，在可视化燃烧室(1)形成均匀的高温高压环境；信号发生与采集系统(11)用于控制快速压缩机动作，给出显微成像系统的高速摄像机(23)触发信号和燃烧室动态压力采集信号；喷油器液滴发生系统用于向可视化燃烧室(1)供给设定数量的亚毫米离散液滴；显微成像系统用于获取可视化燃烧室(1)内的液滴过程图像信息。2.根据权利要求1所述的一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，其特征在于，高温高压可视化快速压缩机实验系统包括依次连接的可视化燃烧室(1)、压缩段(2)、活塞连杆机构(3)、液压段(4)和驱动段(5)，液压段(4)通过液压油泵(10)、液压油箱(9)及其管路组成液压回路，驱动段(5)通过储气罐(7)、高压气泵(8)、电动蝶阀(6)及其管路组成气压回路。3.根据权利要求2所述的一种模拟发动机高温高压条件下液滴蒸发燃烧的实验装置，其特征在于，可视化燃烧室(1)包括燃烧室主体(12)，燃烧室端盖(18)，设置在燃烧室主体(12)前后侧面的石英视窗(14)及石英视窗盖(15)，开设在可视化燃烧室(1)底部的进排气口(16)，以及开设在可视化燃烧室(1)顶部的喷油器安装孔，可视化燃烧室(1)的燃烧室主体(12)的两端面分别与燃烧室端盖(18)和压缩段(2)的端面连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤成龙，麦棹铭，李昱，武颖韬，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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