燃油耦合蒸发模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃油耦合蒸发模拟装置，该装置用于燃料的耦合蒸发实验，主要包括用于控制燃料滴出的带有调节螺栓的柱塞；用于储存燃料的储油腔；用于产生多个油滴的分油盘１１及注射器针头１４；用于悬挂独立的油滴并测量油滴温度的热电偶丝１６等。其他附属装置包括：用于形成蒸发背景环境的高压球罐；用于显示蒸发过程中油滴温度的热电偶温度显示装置；加热保温控制系统；用于图像采集的多功能数码照相机等。上述装置可以进行不同数量的燃料液滴耦合蒸发试验。本发明专利技术所属装置可以在不同背景温度、压力下进行试验，通过采集的数据可分析燃油的蒸发状况，而且该装置具有多种燃料进行耦合蒸发的通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模拟油滴耦合蒸发的装置，用照相机采集进入模拟装置中油滴的图像，以此来测量和分析耦合蒸发特性，从而达到研究柴油机缸内燃油蒸发过程的目的。
技术介绍
柴油机的燃烧过程是两相流不均匀混合非稳态燃烧过程，以扩散燃烧为主。可燃 混合气在通常的燃烧室高温环境下，化学反应进行得很快，而柴油蒸气与空气的混合过程 要慢得多，这是制约柴油机燃烧速度的关键因素。油气混合速率主要决定于喷入气缸的柴 油油滴的蒸发速率，因此，油滴蒸发对柴油机燃烧性能具有很大影响。然而，在柴油机中不 存在单个油滴独立的蒸发，每个油滴都处于油滴群的包围之中，它的蒸发受到周围油滴的 影响。油滴之间的耦合蒸发特性以及随背景压力和温度的变化规律成为研究的重点和主要 方向。 由于柴油机气缸内的油气蒸发、混合、燃烧的速度都极快，想要直接研究缸内燃料 液滴的蒸发过程几乎是不可可能的。目前，国内外普遍采用定容装置来近似模拟柴油机气 缸内的环境，进而进行液滴蒸发的研究。但是，目前用于研究燃料液滴蒸发的模拟装置都 只能进行单油滴的蒸发试验，对双油滴及多油滴之间的耦合蒸发过程却没有合适的模拟装置。 本专利技术中提出的耦合蒸发模拟装置可以模拟多个油滴的耦合蒸发，并且各个油滴 之间的间距可调。这对研究多油滴蒸发的耦合影响有重要的作用。并且该装置具有通用 性，可以研究多种燃料的耦合蒸发特性，对内燃机内的油气混合、燃烧控制以及实现多燃料 燃烧的方案有重要的指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一套可研究燃料液滴耦合蒸发的试验装置，模拟燃油在缸内 高温、高背景气体密度的环境下蒸发。 为了实现本专利技术的目的，提出了一种燃料的耦合蒸发模拟设备，其特征在于包 括高压球罐，在高压球罐上设有观察窗口、温度和压力测试孔及进排气口 ；安装在高压球 罐上的燃料液滴注入装置，其中燃料液滴注入装置包括伸入到高压球罐的内部中央的针 管，在针管上缠绕有热电偶丝；与高压球罐连接的加热保温控制系统。 优选的是，缠绕在针管上的热电偶丝在针管的末端的针孔处弯折，以隔开通过针 管在热电偶丝的端部产生的油滴与燃料源。 优选的是，燃料液滴注入装置还包括储油腔，和储油腔连通的分油盘，所述分油盘 设置有多个出油孔，所述出油孔的一个或者多个连接所述针管，与多个出油孔相连的多个 针管能够将燃料分离，形成多个油滴。 优选的是，束套在针管之间的套束能够沿着针管移动以在0-5mm的范围内调节油 滴之间的距离。3 优选的是，还包括图像采集装置，所述图像采集装置通过观察窗口记录油滴的蒸发。 优选的是，分油盘端面布置有十个出油孔，其中中间两个出油孔，其它八个圆周均 匀排列；以及所属十个出油孔在分油盘内部由四个横向的连通孔连通。 采用本专利技术可以在不同背景气体中不同的背景压力和温度下进行试验，模拟柴油 机缸内液滴的耦合蒸发特性，通过处理数据可分析油滴的蒸发状况。附图说明 图1为燃料液滴注入装置装配图。 图2为燃料液滴注入装置的局部放大图。 图3为分油盘的俯视图。 图4为耦合蒸发特性试验系统示意图。 图5为单油滴和双油滴耦合蒸发实验照片 图6为不同温度下单油滴的寿命曲线 图7为不同间距下双油滴的蒸发速率曲线具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明 如图1所示，根据本专利技术的一个优选实施例的燃料液滴注入装置，包括调节螺栓 1、柱塞4、储油腔5、固定支架3、导油管9、分油盘11、连接件12、出油孔螺堵13、注射器针头 14、套束15、热电偶丝16等部件。与之配套的附属试验装置还有加热保温控制系统19、高 压气瓶、热电偶温度显示装置、传感器、充排管路、图像采集系统等。 燃料液滴注入装置为本专利技术的主要装置，其下端为分油盘ll，旋转调节螺栓1可 将燃油挤入分油盘内。分油盘的下方开有10个出油孔，每个出油孔都可以用螺堵密封。分 油盘的存在可以保证各个出油孔均匀出油。当需要某个出油孔出油时，拧下螺堵，拧上连接 件12。连接件的另一端可以与注射器针头14密封连接。本实验中使用长度为100mm的钢 制针头，以满足耐高温、耐高压的要求。在针头上绕有热电偶丝，调节热电偶丝的长度，使热 电偶丝端点的小球处于针孔的正下方，使针孔中滴下的油滴挂在小球上进行蒸发。另外，在 针孔处将热电偶丝折弯，使热电偶丝不与针孔接触，这样就可以使产生的油滴与分油盘内 的燃油分离，在蒸发过程中就不会有新的燃油补充到正在蒸发的油滴中，使试验结果真实 可靠。在本专利技术中分油盘的出油孔的数目不局限于10个，可以采用两个以上的任意适合布 置在分油盘中的多个数目。同时，可以对两个或者更多数目的出油孔中安装一个或者多个 注射器针头，从而产生一个或者多个油滴。 附属试验装置中，高压球罐25的内径为400mm，最高压力为4MPa，最高温度为 500°C ，带有三个透明视窗，便于图像采集；设有进排气接口和温度、压力传感器，可与加热 保温控制系统和高压气瓶相连，实现恒温恒压的实验条件。 高压气瓶内的压力大约为2MPa，要求背景密度较低时选用介质为空气或N2，较 高时选用介质为SFe。 SF6常态下是一种无色、无味、无嗅、无毒的非燃烧气体，分子量为 146. 06，标准状况下密度为6. 09克/升，约为空气的5倍。N2、 SF6是已知化学稳定性良好的气态物质，它们都具有极好的热稳定性，纯态下即使在50(TC以上高温也不分解，可以保证燃油蒸发后不会着火燃烧。 传感器包括温度传感器、高压球罐和高压气瓶的压力表。充排管路包括进、出高压球罐的气体管路。热电偶显示装置可以实时显示蒸发过程中油滴的温度。图像采集系统主要为一个多功能数码照相机，可以根据实验条件调整拍摄频率，用于记录蒸发过程中油滴直径的变化。 如图1、2所示，本专利技术的喷雾模拟装置包括储油腔5通过储油腔压板7固定在高压球罐密封盖8上，固定支架3固定在高压球罐密封盖8上，调节螺栓1与支架3通过螺纹连接，可以调节柱塞4的高度，分油盘11通过导油管9与储油腔5相连，将燃料分到十个油孔中，针头14与分油盘11相连，从针孔中滴出的油滴可以落地热电偶丝16的头部上，实验时不用的出油孔用螺堵13密封，套束15为细铁丝围成的扁圆形线圈，长轴略小于两根针管自然竖直下垂时的平行距离，由于针管较长，可以发生一定的弹性变形，当将它向上移动时，两个针管会被 束紧，而彼此靠近，油滴间距变小；当将它向下移动时，两个针管会在弹性作用下，彼此远离，油滴间距变大。 如图3所示，分油盘端面布置有十个出油孔18，其中中间两个，其他八个圆周均匀排列，可实现不同个数油滴的均匀排列，另外，十个油孔在内部由四个横向的连通孔17连通，可实现燃料在十个出油孔中的均匀分配。 结合图4来说明具体的控制过程 在试验开始前，首先接好加热保温控制系统的电源，各个传感器的线路和进排气的管路。调试好照明设备和照相设备。将燃料液滴注入装置从高压球罐上取下，拆下分油盘，将剩余部分倒置，将调节螺栓拧到最顶端，然后用注射器向储油腔内注入燃油，这样可以把储油腔内的空气排出，否则在加热过程中，由于空气受热膨胀，在针孔处会有气泡冒出，影响实验观测。然后装上分油盘，并将该燃料液滴注入装置放在高压球罐上，加上垫片，拧紧螺母，保证其良好的密封性。开始试验，打开进气阀，充入背景气体。打开加热保温控制系统，设定需要加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料的耦合蒸发模拟设备，其特征在于：包括：高压球罐，在高压球罐上设有观察窗口、温度和压力测试孔及进排气口；安装在高压球罐上的燃料液滴注入装置，其中燃料液滴注入装置包括伸入到高压球罐的内部中央的针管，在针管上缠绕有热电偶丝；与高压球罐连接的加热保温控制系统。

【技术特征摘要】
一种燃料的耦合蒸发模拟设备，其特征在于包括高压球罐，在高压球罐上设有观察窗口、温度和压力测试孔及进排气口；安装在高压球罐上的燃料液滴注入装置，其中燃料液滴注入装置包括伸入到高压球罐的内部中央的针管，在针管上缠绕有热电偶丝；与高压球罐连接的加热保温控制系统。2. 根据权利要求1所述的耦合蒸发模拟设备，其特征在于，缠绕在针管上的热电偶丝 在针管的末端的针孔处弯折，以隔开通过针管在热电偶丝的端部产生的油滴与燃料源。3. 根据权利要求1所述的耦合蒸发模拟设备，其特征在于，燃料液滴注入装置还包括 储油腔，和储油腔连通的分油盘，所述分油盘设置有多个出油...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福水，李向荣，马玉坡，王向元，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]