模拟定容弹内喷雾撞壁及其诱导激波传递过程的实验装置

摘要

本发明提供的是一种模拟定容弹内喷雾撞壁及其诱导激波传递过程的实验装置。燃烧室支架通过T字形连接杆固定在端盖上，燃烧室模型的上端通过轴连接在燃烧室支架上，燃烧室模型下端两侧开有对称的盲孔，连接耳板上开有直槽口和通孔，连接耳板的通孔端通过螺柱安装在所述盲孔中，连接耳板的盲孔端通过螺栓安装在燃烧室支架上，气缸盖模型为L字形，气缸盖模型下端开有直槽孔用螺栓固定在燃烧室模型上。本发明是一种为纹影法或激光诱导荧光法测量燃油喷射及雾化过程的实验装置。可以模拟发动机缸内燃油喷射过程中的燃油碰壁及雾化过程，也可以用来研究高压喷射时诱导激波的传递、反射过程。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种为纹影法或激光诱导荧光法测量燃油喷射及雾化过程的实验装置。

背景技术

日益提高的排放标准和当下严峻的环境问题对发动机的燃烧和排放技术提出了新的挑战，发动机气缸内的燃油喷射、蒸发、雾化、混合以及燃烧过对于整个发动机的动力性、经济性以及排放特性有着决定性的影响。因此，只有充分掌握发动机的燃油喷雾与燃烧特性的基础上，才有可能找到发动机性能和排放特性的最佳折中，解决柴油机经济性和排放性的矛盾，同时也为今后发动机的自主研发积累数据库，提高我国发动机自主设计能力。

燃油高速射流的破碎和雾化将直接关系到混合气的形成质量及燃烧特性，并最终影响柴油机的动力性、经济性和排放特性。因此对于新技术条件下柴油机缸内燃油喷射过程出

现燃油雾化和油气掺混产生的影响的把握至关重要，开展柴油机缸内超声速射流诱导激波特性及其对雾化影响的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。

柴油机燃烧过程开始于燃油的喷射，燃油射流在离开喷油嘴后经历的破碎、雾化、蒸发以及空气卷吸等每个环节都是影响整个燃烧过程的关键因素。

柴油机缸内射流的超声速化已经成为趋势，但无论是在理论计算还是在实验分析方面，目前国内对于诱导激波对燃油雾化的影响，并没有太多研究。对柴油机高压喷射过程中出现的超声速射流诱导激波现象的研究更少。由此可见，开展柴油机缸内超超声速燃油射流诱导激波的特性研究和喷雾碰壁相关研究，对于雾化影响的理论分析和实验验证是一项具有实际意义和挑战性的课题。

研究发动机的燃油喷射和雾化过程，通常是在定容弹内进行。但燃油的喷射过程发生在发动机缸内高温高压的环境下，传统的接触式测量方式，会严重干扰测试场由无法获得实际的精确信息。而随着纹影法/阴影法的光学诊断技术的不断进步，为深入研究发动机喷雾与燃烧过程提供了可能。因此，目前的任务就是设计出一个能够为多种光学诊断技术服务的发动机燃烧室模型，并且要能和定容弹实验装置相匹配，以此来模拟发动机缸内燃油喷射雾化过程。

目前国内对适用于定容弹内的可供燃油喷雾撞壁和诱导激波研究的实验装置比较少，目前现有的燃烧室实验装置大多是固定在定容弹弹体上，一般因为缺少气缸盖而无法研究燃油诱导激波在燃烧室内的产生发展过程。公开号为CN105841968A的专利文件中，公开了一种用于定容弹内喷雾撞壁燃烧实验的装置，该装置只含有燃烧室模型而没有相应的气缸盖模型，无法研究激波在真实发动机燃烧室内的传播过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用范围广、动作可靠的模拟定容弹内喷雾撞壁及其诱导激波传递过程的实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括端盖、燃烧室模型、气缸盖模型、燃烧室支架、连接耳板、T字形连接杆，燃烧室支架通过T字形连接杆固定在端盖上，燃烧室模型的上端通过轴连接在燃烧室支架上，燃烧室模型下端两侧开有对称的盲孔，连接耳板上开有直槽口和通孔，连接耳板的通孔端通过螺柱安装在所述盲孔中，连接耳板的盲孔端通过螺栓安装在燃烧室支架上，气缸盖模型为L字形，气缸盖模型下端开有直槽孔用螺栓固定在燃烧室模型上。

本发明还可以包括：

1、T字形连接杆的两端分别焊接有第一固定板和第二固定板，第一固定板通过四个螺栓与端盖连接，在第二固定板上面开有四个直槽口通过螺栓与燃烧室支架连接。

2、在第二固定板上的直槽口相应位置处增减厚度不同的垫片调节燃烧室模型伸入到定容弹内的距离。

本发明的主要特点包括：

1、在燃烧室模型5的上端开有圆形通孔8，在其下端开有两侧对称的盲孔12，盲孔和螺柱9配合，以连接耳板6。而气缸盖模型7为“L”字形，在其下端开有直槽孔13，用螺栓 14固定在燃烧室模型5上，当螺栓松开时可以在燃烧室模型5下端面上滑动。

2、支架10和燃烧室模型5通过轴8连接，而带有螺纹孔的支架10又和带直槽口的薄板 16相对应，使螺纹孔和直槽口匹配，从而通过螺栓15调节二者之间的竖直相对位置。

3、在“L”型板底端的直槽口13和燃烧室模型5下端面的螺纹孔匹配，通过螺栓可以调节二者的水平相对位置。

4、燃烧室模型5通过轴8装配在在支架10上，燃烧室模型可以绕轴8旋转，而在支架 10下端通过螺栓固定有耳板6，耳板上同样有直槽口，当燃烧室模型5旋转到所需角度时，将耳板上的螺栓拧紧，从而固定在所需角度上。

5、支架10的上端开有一段浅坑，以防止燃烧室模型5逆时针方向旋转时被支架上端挡住，增大了可旋转角度。

6、采用“T”型板可以使燃烧室模型5在定容弹内更加稳定，在带螺纹孔板16上直槽口外表面可以加装厚度不同的垫片，从而调节燃烧室模型伸入定容弹内的距离。

为了模拟其他多种燃烧室形状，如浅盆形、缩口W型等，本发明可相应地配套了这些形式的燃烧室模型，需要时更换燃烧室模型即可。同时在定容弹端盖上开盲孔来固定T型连杆和燃烧室模型。燃烧室在定容弹内有多个方向的运动自由度，可以模拟不同工况(如压缩比、喷雾贯穿距离等)下燃油喷雾碰壁状况。而且实验装置表面经过去毛刺等处理后，不会影响实验的光学通路。

本发明的模拟定容弹内喷雾撞壁及其诱导激波传递过程的实验装置，是一种为纹影法或激光诱导荧光法测量燃油喷射及雾化过程的实验装置。可以模拟发动机缸内燃油喷射过程中的燃油碰壁及雾化过程，也可以用来研究高压喷射时诱导激波的传递、反射过程。测试过程中首先将装置放入定容弹弹体内，然后用端盖密封定容弹弹体并固定。该装置的特点是：结构紧凑，工作可靠，燃烧室模型可以在定容弹内旋转以适应不同喷射角度的要求，也可以在弹体内部进行横向和纵向的微调，而且不会影响纹影等光学实验的光学通路。可以在不同温度、压力环境下模拟发动机燃烧室内喷雾碰壁及其诱导激波传递过程，具有适用范围广、动作可靠、加工方便的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2a是图1的俯视图；图2b是图2a的轴测图。

图3a是本发明的实验装置放入定容弹弹体内的整体效果图；图3b为图3a的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对说明做更详细的描述。

结合图1，本发明的模拟定容弹内喷雾撞壁及其诱导激波传递过程的实验装置主要包括端盖、螺纹孔2、第一固定板3、“T”型连杆4、燃烧室模型5、耳板6、“L”型板7、轴8、螺柱9、燃烧室支架10、螺栓11、底部圆孔12。

同时结合图2，第一固定板3和第二固定板16与“T”字型连杆4是通过焊接方式连接在一起的，第一固定板通过四个螺栓和端盖1连接，端盖上相应的螺纹孔为盲孔。在第二固定板16上面开有四个直槽口。

第一固定板3和端盖的1焊接位置事先已计算好，确保不会使装置在安装到定容弹时与定容弹弹体触碰导致无法安装，而第二固定板16的焊接位置要比第一固定板3偏上一点。

第二固定板16上的四个直槽口和燃烧室支架10上的四个螺纹孔对应，用螺栓连接，当松开螺栓时，使得燃烧室支架10和第二固定板16的上下相对位置可调。

进一步地，安装燃烧室支架10和燃烧室模型5时，其在定容弹内和定容弹顶部喷油嘴的距离可以调节，从而可以较好地模拟发动机燃烧室内燃油喷射过程。

进一步地，如图2b所示，可以通过在第二固定板16槽口相应位置处增减厚度不同的垫片调节燃烧室模型伸入到定容弹内的距离。

进一步地，燃烧室模型5可以绕轴8进行旋转，旋转角度可以任意指定，当旋转到所需的角度时，拧紧螺栓11，使耳板夹紧在燃烧室支架上，螺柱9对燃烧室模型底部起了支撑作用，从而可以改变喷雾碰壁处的位置。

进一步地，如图2a所示，在气缸盖模型7的底部开有两个直槽口13，在燃烧室模型5 的底端相应地开有两个螺纹孔，气缸盖模型和燃烧室模型以螺栓连接。同样的，当松开螺栓时，二者的水平相对位置可以调节，从而可以模拟出发动机气缸余隙高度不同的情况。

本装置体积小、重量较轻、结构稳固，其中燃烧室模型(铝制)长64mm，最宽处36mm,T 型连杆长度为90mm，端盖(304不锈钢)直径为170mm,端盖厚度26mm。

燃烧室模型上端开有圆形通孔，孔径为5mm，在燃烧室模型下端开有两侧对称的盲孔，孔径为6mm。燃烧室模型底面开有两个对称的、且完全一样的M6螺纹孔，燃烧室喉口直径为 52mm，燃烧室高度为17mm。

气缸盖模型形状为“L”字形，在“L”字形底板开有两个完全一样的且对称的直槽口，直槽口直径比燃烧室模型上的螺纹孔直径稍大，防止因为加工精度问题导致二者无法良好匹配。

调节装置是由两个完全一样的、独立的耳板，以及燃烧室支架组成，其中耳板上开有直槽口和圆形孔，圆形孔为盲孔。耳板厚度为2mm。燃烧室支架上端开有4个M6螺纹孔，下端也有两个M6螺纹孔。支架上端也有一段耳板，耳板厚度为5mm，并且在耳板前端有圆形通孔，通孔直径和轴的外径相匹配。

固定装置是由“T”字型连杆以及焊接在其上的两个固定板组成，与端盖相连的固定板为第一固定板，与支架相连的固定板为第二固定板。第一固定板上开有四个圆形通孔，并且与端盖上的四个螺纹孔对应；第二固定板上开有四个直槽口，直槽口直径同样稍大于螺纹孔直径。两个固定板厚度均为5mm。

端盖周向开有12个柱型沉头孔，与定容弹上的螺纹孔匹配。端盖材质为不锈钢，并且在端盖中心附近开有四个螺纹孔，端盖厚度为26mm，保证其足以承受定容弹内加压时的压力而不变形。

在端盖上预留了安装O型橡胶密封圈的位置，这样就可以在端盖和定容弹弹体安装O型橡胶密封圈，保证了定容弹内加压时的密封性良好。而且燃烧室模型伸入定容弹内部的深度可调。

实验装置安装到定容弹内部的情况如图3a-图3b所示，调节好实验装置和光路，当光路沿垂直纸面方向射入定容弹内时，便可以在高速摄像机成像，以此研究定容弹内喷雾撞壁及其诱导激波传递过程。

尽管参照实施方式对发明方案进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明技术方案的修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。