本發(fā)明涉及發(fā)動機實驗技術領域，尤其涉及一種可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈。

背景技術：

發(fā)動機缸內(nèi)氣流運動情況對混合氣的形成和燃燒過程有重要影響，尤其是進氣終了時刻氣缸內(nèi)氣體流場的結構將直接決定著火前氣缸內(nèi)湍流強度、氣流速度以及缸內(nèi)燃料的分布狀況，從而影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及排放特性。由于發(fā)動機缸內(nèi)氣流運動十分復雜，且伴隨有循環(huán)變動，對環(huán)境條件的控制較為困難，且不易開展觀測研究。因此，發(fā)動機的燃燒研究大多在可視化模擬實驗裝置上進行，定容燃燒彈是采用較多的實驗裝置，其結構簡單且構造成本低，能夠方便的研究單一參數(shù)變化對燃燒過程的影響。

渦流和滾流是發(fā)動機缸內(nèi)氣流運動的主要形式，分析渦流或滾流對缸內(nèi)燃燒過程的影響很有必要?，F(xiàn)有實驗裝置中多是模擬湍流強度對缸內(nèi)燃燒的影響，這種模擬的湍流強度也只是實驗設備眾多功能中的一個附屬測量手段，而非定量研究湍流運動對燃燒的影響。中國公告號為cn205262753u，名稱為：“一種湍流強度和位置可控的測試定容彈及控制方法專利，該發(fā)明專利可精確測量湍流強度和湍流發(fā)生位置，但該裝置不能用來模擬氣體渦流和滾流運動。

對于氣體滾流，目前模擬裝置多采用進氣道產(chǎn)生滾流。例如，中國公告號為cn205426525u的專利，公開了“發(fā)動機全壓差氣道滾流實驗裝置”，該實驗裝置通過進氣道產(chǎn)生滾流。這種通過進氣道產(chǎn)生滾流的實驗裝置結構龐大，構造復雜，平臺搭建之后不易移動，并且不能做缸內(nèi)渦流實驗研究。對于缸內(nèi)渦流產(chǎn)生裝置多限于改造進氣道或進氣門以增強渦流強度，而且這種改造只是對于發(fā)動機氣道試驗臺的改裝，不能用于缸內(nèi)燃燒分析。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈，該裝置利用風扇產(chǎn)生氣體流動，既可以做渦流模擬實驗又可以做滾流模擬實驗，且該裝置結構簡化、可移動。

本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的。

一種可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈，包括定容燃燒彈主體，還包括渦流及滾流發(fā)生裝置，所述渦流及滾流發(fā)生裝置與定容燃燒彈主體相連；

所述渦流及滾流發(fā)生裝置包括風扇、控制風扇的風扇電機、電機傳動軸和控制裝置，所述風扇電機位于定容燃燒彈主體的外側，風扇電機的電機傳動軸穿過定容燃燒彈主體的側壁；

模擬渦流運動時，風扇安裝在風扇軸的一端，風扇軸的另一端通過固定軸承固定在底座上，風扇的旋轉(zhuǎn)軸線與電控噴油器同軸，風扇軸通過傘齒輪與電機傳動軸連接；

模擬滾流運動時，風扇安裝在電機傳動軸的末端并位于電控噴油器的末端，風扇的旋轉(zhuǎn)軸線與電機傳動軸同軸；

所述控制裝置包括上位計算機、下位plc和轉(zhuǎn)速傳感器，上位計算機與下位plc連接，下位plc與轉(zhuǎn)速傳感器連接，通過上位計算機自帶的測試系統(tǒng)和下位plc控制模塊確定風扇的轉(zhuǎn)速從而控制渦流及滾流的強度。

優(yōu)選地，所述定容燃燒彈主體包括定容彈彈體和安裝于該定容彈彈體底部外側的電加熱板，所述定容彈彈體為中空圓柱狀，定容彈彈體的側壁沿圓周方向均布四個可拆卸觀察窗，定容彈彈體的上端設有蓋板，所述蓋板可拆卸，蓋板上設有電控噴油器、壓力傳感器和溫度傳感器，定容彈彈體的側壁頂端設有熱線風速儀測量口，所述壓力傳感器和溫度傳感器與下位plc連接，下位plc通過壓力傳感器和溫度傳感器監(jiān)測定容彈彈體內(nèi)的壓力和溫度。

優(yōu)選地，所述蓋板上還設有安全閥安裝口、進氣口和排氣口，所述定容燃燒彈主體還包括防爆安全系統(tǒng)，所述防爆安全系統(tǒng)包括安全閥、排氣管道和抽風機，所述安全閥安裝在安全閥安裝口上，所述排氣管道的一端與抽風機連接，另一端與排氣口連接。

優(yōu)選地，所述定容燃燒彈主體還包括噴油器冷卻系統(tǒng)，所述噴油器冷卻系統(tǒng)包括風機、冷卻管路和噴油器冷卻腔，所述噴油器冷卻腔設置在蓋板的中心，電控噴油器設于噴油器冷卻腔內(nèi)，噴油器冷卻腔內(nèi)通冷空氣，噴油器冷卻腔通過管道將冷卻腔排風口和定容燃燒彈彈體的進氣口相連。

優(yōu)選地，所述電機傳動軸通過過渡裝置穿過定可拆卸觀察窗，所述過渡裝置包括固定在可拆卸觀察窗上的鋼管和鋼管與電機傳動軸之間的填充材料，所述填充材料通過錐形壓板密封蓋壓緊在鋼管與電機傳動軸之間。

優(yōu)選地，所述填充材料采用耐磨耐高溫彈性填充材料。

優(yōu)選地，所述錐形壓緊密封蓋通過螺紋固定在過渡裝置的鋼管上，在可拆卸觀察窗的內(nèi)外表面上各有一個錐形壓緊密封蓋。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明具有渦流發(fā)生裝置及滾流發(fā)生裝置，在同一個定容燃燒彈內(nèi)可以利用空氣模擬發(fā)動機氣缸內(nèi)氣體的渦流運動及滾流運動；

2)本發(fā)明所述風扇電機安裝于定容燃燒彈彈體外，風扇電機不需要承受燃燒彈的高溫，定容燃燒彈的蓋板可拆卸，方便渦流模擬實驗和滾流模擬實驗之間的轉(zhuǎn)換；

3)本發(fā)明的定容燃燒彈具有噴油器冷卻系統(tǒng)，可以實現(xiàn)既冷卻噴油器又加熱燃燒彈進氣的效果；

4)本發(fā)明的定容燃燒彈具有防爆安全系統(tǒng)，若實驗過程中出現(xiàn)燃燒彈內(nèi)的壓力過高的情況，可以避免安全事故的發(fā)生；

5)本發(fā)明的定容燃燒彈利用風扇產(chǎn)生渦流運動和滾流運動，結構簡單，體積較小，更能適應實驗場地改變的需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈的渦流發(fā)生結構示意圖。

圖2為本發(fā)明所述可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈的滾流發(fā)生結構示意圖。

圖3為本發(fā)明所述蓋板俯視圖。

其中：

1：定容彈彈體；2：石英玻璃；3：蓋板；4：觀察窗；5：底座；6：電加熱板；7：排氣口；8：安全閥安裝口；9：電控噴油器；10：進氣口；11：噴油器冷卻腔；12：冷卻腔排風口；13：冷卻腔進風口；14：壓力傳感器；15：溫度傳感器；16：風扇電機；17：電機傳動軸；18：過渡裝置；19：固定軸承；20：熱線風速儀測量口；21：電機支架；22：錐形壓板密封蓋；23：風扇；24：固定軸承；25：傘齒輪。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

一種可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈，包括定容燃燒彈主體和渦流及滾流發(fā)生裝置，定容燃燒彈主體包括定容彈彈體1和安裝于該定容彈彈體1底部的加熱系統(tǒng)，定容彈彈體1為中空圓柱狀，可承受10mpa的壓力，定容彈彈體1的側壁沿圓周方向均布四個可拆卸觀察窗4，可拆卸觀察窗4為石英玻璃2，定容彈彈體1的上端設有蓋板3，所述蓋板3可拆卸，以方便安裝或更換蓋板上裝置和燃燒彈彈體內(nèi)設備。蓋板3上設有電控噴油器9、壓力傳感器14和溫度傳感器15，安全閥安裝口8、進氣口10、排氣口7，冷卻腔進風口13和冷卻腔排風口12。電控噴油器9設于蓋板3的中心，進氣口10為空氣進口，另一端與空氣濾清器相連，定容燃燒彈彈體1頂部和其一側面相交的邊上安裝有熱線風速儀測量口26，可測量燃燒彈彈體內(nèi)的渦流速度或滾流速度，電加熱板6覆蓋于定容彈彈體1的底座5外側，用于加熱燃燒室。所述加熱系統(tǒng)包括電加熱板6、控制電路的開關和導線，所述電加熱板6覆蓋于定容彈彈體1的底座5外側，用于加熱燃燒室。

定容燃燒彈主體上設有防爆安全系統(tǒng)和噴油器冷卻系統(tǒng)，所述防爆安全系統(tǒng)包括安全閥、排氣管道和抽風機，所述安全閥安裝在安全閥安裝口8上，所述排氣管道的一端與抽風機連接，另一端與排氣口7連接。當燃燒室內(nèi)的壓力高于設定值時，安全閥打開，將燃燒室內(nèi)的氣體排出，所述安全閥通過管道和排氣管道相連；所述排氣管道一端和定容燃燒彈排氣口相連，另一端安裝有抽氣機通到室外。

噴油器冷卻系統(tǒng)包括風機、冷卻管路和噴油器冷卻腔11，所述噴油器冷卻腔11設置在蓋板3的中心，電控噴油器9設于噴油器冷卻腔11內(nèi)，噴油器冷卻腔11內(nèi)通冷空氣，通過管道將冷卻腔排風口12和定容燃燒彈彈體的進氣口10相連。

渦流及滾流發(fā)生裝置包括風扇23、控制風扇23的風扇電機16、電機傳動軸17和控制裝置。風扇電機16通過電機支架21固定在定容彈彈體1上，風扇電機16的電機傳動軸17通過過渡裝置18從一個可拆卸觀察窗的中心穿過，過渡裝置18包括固定在石英玻璃上的鋼管和填充材料，所述填充材料為耐磨耐高溫彈性填充材料，填充材料通過錐形壓緊密封蓋22壓緊在鋼管和電機傳動軸17之間，所述錐形壓緊密封蓋22通過螺紋固定在過渡裝置18的鋼管上，在可拆卸觀察窗4的內(nèi)外表面上各有一個錐形壓緊密封蓋22。

模擬渦流運動時，風扇23安裝在風扇軸的一端，風扇軸的另一端通過固定軸承24固定在底座5上，所述風扇軸與電控噴油器9同軸，風扇軸通過傘齒輪25與電機傳動軸17連接。

模擬滾流運動時，風扇23垂直設置在電機傳動軸17的末端，并位于電控噴油器9的下方，電機傳動軸17位于定容燃燒彈主體內(nèi)的部分通過固定軸承21和支架支撐。

所述控制裝置包括上位計算機、下位plc和轉(zhuǎn)速傳感器，上位計算機與下位plc連接，下位plc與轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器14和溫度傳感器15連接，通過上位計算機自帶的測試系統(tǒng)和下位plc控制模塊確定風扇23的轉(zhuǎn)速從而控制渦流及滾流的強度，并且通過壓力傳感器14和溫度傳感器15監(jiān)測定容彈彈體1內(nèi)的壓力和溫度。

電控噴油器由共軌式供油系統(tǒng)提供噴油壓力，所述共軌式供油系統(tǒng)包括高壓油泵、共軌管、電控噴油器和共軌管壓力傳感器，所述高速攝像系統(tǒng)包括高速攝像機和光學測量儀器，所述共軌式供油系統(tǒng)和高速攝影系統(tǒng)可通過上位計算機實現(xiàn)同步控制；。

利用本發(fā)明所述可模擬渦流及滾流運動的定容燃燒彈進行實驗的方法如下：

將定容燃燒彈系統(tǒng)的各裝置連接好，檢查定容燃燒彈內(nèi)部，確保清潔，石英玻璃窗口擦拭干凈，確保燃油供給系統(tǒng)、噴油器冷卻系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、渦流及滾流發(fā)生裝置以及防爆安全系統(tǒng)準備就緒。

打開高速攝像機，必要的時候可以安裝補光燈，調(diào)節(jié)好高速攝像機的高度和焦距，使攝像機能夠清晰完整的拍攝到觀察窗4。然后一直保持高速攝像機位置和高度不變，使高速攝像機保持在待觸發(fā)狀態(tài)，此時可以關閉補光燈。

通過電加熱板6進行加熱，并往定容燃燒彈彈體1通入空氣，以對定容彈彈體1進行充壓，并通過壓力傳感器14和溫度傳感器15進行監(jiān)測，直到定容彈彈體1內(nèi)滿足實驗所需的壓力和溫度。

開啟渦流或滾流發(fā)生裝置，調(diào)節(jié)好風扇電機16的轉(zhuǎn)速，使定容燃燒彈彈體1內(nèi)產(chǎn)生所需要的渦流或滾流，用熱線風速儀測量渦流速度或滾流速度。

開啟共軌噴油系統(tǒng)，調(diào)節(jié)好噴油脈寬、噴油壓力、噴油次數(shù)，打開高速攝像機觸發(fā)通道，在上位機控制下電控噴油器9和高速攝像機同步工作，記錄和保存實驗過程。

改變渦流風扇或滾流風扇轉(zhuǎn)速，或者是不同的其他影響因素，通過排氣口7徹底排除廢氣，以確保每次拍攝的照片質(zhì)量比較高。

最后，分析數(shù)據(jù)，以得到渦流或滾流影響特點，從而完成實驗。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。