一種定容燃燒裝置噴霧微觀特性的測量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及定容燃燒裝置領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種定容燃燒裝置噴霧微觀特性的測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，燃料的霧化過程直接影響著燃燒和排放性能，進(jìn)而為緩解能源和環(huán)境問題做出貢獻(xiàn)。因此對(duì)于內(nèi)燃機(jī)研究者而言，獲得燃料的噴霧特性(射流破碎長度，噴霧錐角，油滴粒徑與速度等)及其與周圍環(huán)境參數(shù)(壓力，溫度，環(huán)境氣體種類及密度等)的關(guān)系，進(jìn)而建立燃料霧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，最終為發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧模擬以及優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是開展噴油霧化研究的主要目的。
[0003]在實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)中，對(duì)噴霧的試驗(yàn)研究很難進(jìn)行，這是因?yàn)閷?duì)噴霧條件參數(shù)的控制和調(diào)整很難做到十分精確，而且受現(xiàn)有測量儀器的限制，對(duì)噴霧形態(tài)及其微觀特性進(jìn)行精確測量十分困難。因此常用的噴霧實(shí)驗(yàn)研究方法之一就是定容燃燒彈法。
[0004]現(xiàn)有部分噴霧特性測量系統(tǒng)及方法只能在開放空間下對(duì)噴霧宏觀或微觀特性進(jìn)行測量，或者只能在定容燃燒裝置中測量噴霧的宏觀形貌，無法與先進(jìn)光學(xué)測量儀器配合，對(duì)其微觀特性(包括噴霧粒子的粒徑分布信息和速度分布信息)進(jìn)行測量，此類系統(tǒng)及方法顯然無法滿足試驗(yàn)的要求。這種局限性嚴(yán)重的阻礙了對(duì)燃料的破碎霧化深度的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種定容燃燒裝置噴霧微觀特性的測量系統(tǒng)及方法，該測量系統(tǒng)能夠與相位多普勒粒子分析儀(PDA)等多種現(xiàn)代光學(xué)測量儀器配合使用，通過使用該測量系統(tǒng)的測量方法進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)在定容燃燒裝置中測量噴霧微觀特性的目的。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種定容燃燒裝置噴霧微觀特性的測量系統(tǒng)，包括定容燃燒裝置、帶有控制器的燃料供給系統(tǒng)、數(shù)字延時(shí)發(fā)生器和相位多普勒粒子分析儀，所述定容燃燒裝置由箱體和燃燒彈體構(gòu)成，所述箱體和燃燒彈體之間填充有用于保溫的石棉，所述燃燒彈體設(shè)置有四個(gè)形狀為通孔的觀察孔，所述觀察孔的軸線均在同一水平面，其中兩個(gè)觀察孔的軸線之間的角度為180°，另外兩個(gè)觀察孔的軸線之間的夾角為160°，所述觀察孔上安裝有光學(xué)觀察窗口，所述定容燃燒裝置的中部正上方設(shè)置有與所述燃料供給系統(tǒng)相連通的連接孔，所述控制器連接所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，數(shù)字延時(shí)發(fā)生器的輸出端連接相位多普勒粒子分析儀。
[0008]所述光學(xué)觀察窗口由端口法蘭、光學(xué)玻璃和玻璃壓蓋構(gòu)成。
[0009]所述端口法蘭通過內(nèi)六角螺栓安裝于觀察孔，光學(xué)玻璃安放在端口法蘭上，玻璃壓蓋壓緊光學(xué)玻璃后通過內(nèi)六角螺栓與端口法蘭相連接。
[0010]所述箱體由上箱體、下箱體和箱蓋構(gòu)成。
[0011 ] 一種定容燃燒裝置噴霧微觀特性的測量系統(tǒng)的測量方法，步驟如下:
[0012](I)安置定容燃燒裝置，將相位多普勒粒子分析儀的發(fā)射探頭和接收探頭分別與第三光學(xué)觀察窗口和第四光學(xué)觀察窗口相對(duì)應(yīng)；
[0013 ] (2)設(shè)置數(shù)字延時(shí)發(fā)生器參數(shù)，包括觸發(fā)信號(hào)的初始時(shí)刻、延時(shí)時(shí)刻和脈寬長度；
[0014](3)設(shè)置相位多普勒粒子分析儀參數(shù)，包括觸發(fā)模式和測量周期模式；
[0015](4)打開相位多普勒粒子分析儀的激光器，標(biāo)定激光中心的原點(diǎn)后將激光中心移至測量點(diǎn)；
[0016](5)通過控制器控制燃料供給系統(tǒng)向定容燃燒裝置內(nèi)進(jìn)行燃料噴射，數(shù)字延時(shí)發(fā)生器接收到噴射開啟信號(hào)后進(jìn)行延時(shí)處理并輸出觸發(fā)信號(hào)，相位多普勒粒子分析儀接收到數(shù)字延時(shí)發(fā)生器輸出的觸發(fā)信號(hào)后開始對(duì)定容燃燒裝置內(nèi)測量點(diǎn)的噴霧粒子進(jìn)行測量，獲得該測量點(diǎn)噴霧粒子的粒徑信息和速度信息，該測量點(diǎn)測量結(jié)束后將激光中心移至下一測量點(diǎn)，按照上述方法進(jìn)行逐點(diǎn)測量，最終獲得定容燃燒裝置內(nèi)的噴霧微觀特性，包括噴霧粒子的粒徑分布信息和速度分布信息。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是:
[0018](— )本發(fā)明定容燃燒裝置內(nèi)的燃燒彈體設(shè)置有四個(gè)形狀為通孔的觀察孔，觀察孔的軸線均在同一水平面，其中兩個(gè)觀察孔的軸線之間的角度為180°，另外兩個(gè)觀察孔的軸線之間的夾角為160°，觀察孔上安裝有光學(xué)觀察窗口；改變了定容燃燒彈體中傳統(tǒng)觀察窗口的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，使其能夠與多種現(xiàn)代先進(jìn)光學(xué)測量儀器配合使用，突破了在定容燃燒彈體內(nèi)運(yùn)用光學(xué)測量技術(shù)的局限性，可實(shí)現(xiàn)在定容燃燒裝置中對(duì)噴霧的微觀特性進(jìn)行測量，獲取噴霧粒子的速度分布信息和粒徑分布信息。此外，定容燃燒裝置可以精確控制各種熱力學(xué)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種燃料的噴射。
[0019](二)本發(fā)明通過數(shù)字延時(shí)發(fā)生器與相位多普勒粒子分析儀(PDA)的配合，精確控制相位多普勒粒子分析儀(PDA)測量噴霧粒子的時(shí)刻和脈寬，可實(shí)現(xiàn)噴霧粒子的實(shí)時(shí)測量，有效地提高了數(shù)據(jù)采集精度和實(shí)驗(yàn)效果。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是定容燃燒裝置中燃燒彈體的結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖3是圖2的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是上箱體的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是下箱體的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6是箱蓋的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記:1_定容燃燒裝置2-燃料供給系統(tǒng)3-控制器4-數(shù)字延時(shí)發(fā)生器5-相位多普勒粒子分析儀6-發(fā)射探頭7-接收探頭8-第一光學(xué)觀察窗口 9-第二光學(xué)觀察窗口 10-第三光學(xué)觀察窗口 11-第四光學(xué)觀察窗口
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0028]如圖1和圖2所示，一種定容燃燒裝置噴霧微觀特性的測量系統(tǒng)，包括定容燃燒裝置1、帶有控制器3的燃料供給系統(tǒng)2、數(shù)字延時(shí)發(fā)生器4和相位多普勒粒子分析儀5(PDA)，相位多普勒粒子分析儀5(roA)上帶有發(fā)射探頭6和接收探頭7，定容燃燒裝置I包括安裝在箱體內(nèi)部的燃燒彈體，所述箱體和燃燒彈體之間填充有用于保溫的石棉，所述燃燒彈體設(shè)置有四個(gè)形狀為通孔的觀察孔，所述觀察孔的軸線均在同一水平面，其中兩個(gè)觀察孔的軸線之間的角度為180°，另外兩個(gè)觀察孔的軸線之間的夾角為160° ;所述觀察孔上安裝有光學(xué)觀察窗口，如圖3所示，第一光學(xué)觀察窗口 8和第三光學(xué)觀察窗口 10的軸線之間的角度為180°，第二光學(xué)觀察窗口9和第四光學(xué)觀察窗口 11的軸線之間的角度為160°，所述光學(xué)觀察窗口由端口法蘭、光學(xué)玻璃和玻璃壓蓋構(gòu)成，端口法蘭通過內(nèi)六角螺栓安裝于觀察孔，光學(xué)玻璃安放在端口法蘭上，玻璃壓蓋壓緊光學(xué)玻璃后通過內(nèi)六角螺栓與端口法蘭相連接;定容燃燒裝置I中央正上方設(shè)置有燃料供給系統(tǒng)2，燃料通過燃料供給系統(tǒng)2噴射入定容燃燒裝置I中，控制器3用來控制燃料噴射的開啟時(shí)刻與關(guān)閉時(shí)刻;所述控制器3的輸出端與數(shù)字延時(shí)發(fā)生器4相連接，數(shù)字延時(shí)發(fā)生器4的輸出端和相位多普勒粒子分析儀5相連接，數(shù)字延時(shí)發(fā)生器4用來調(diào)節(jié)以控制器輸出的外部電信號(hào)為零點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間，并可以設(shè)定觸發(fā)信號(hào)的脈寬；相位多普勒粒子分析儀5(TOA)用來采集和處理噴霧粒子的微觀信息，包括破碎粒子的粒徑分布信息和速度分布信息。
[0029]箱體由上箱體、下箱體和箱蓋構(gòu)成；圖4、圖5和圖6分別