本發(fā)明涉及一種用于柴油噴霧與燃燒可視化試驗(yàn)的定容彈體，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

柴油機(jī)的各類熱力參數(shù)(壓力，溫度，點(diǎn)火參數(shù))等對于柴油機(jī)燃燒過程有著重大的影響。模擬各類情況下的柴油機(jī)燃燒性能，對于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)的開發(fā)具有非常重要的意義。定容彈是一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以高效模擬柴油機(jī)各曲軸轉(zhuǎn)角下的溫度和壓力以及燃燒室內(nèi)的燃燒情況，可以精確控制多種熱力學(xué)參數(shù)定量的研究各參數(shù)對發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器噴霧特性的影響。

作為研究柴油噴霧燃燒特性的主要裝置，定容定容彈具有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。中國專利CN 101943097 A公布了一種噴霧測試定容彈體，其彈體周向均有開口，每個(gè)開口位置通過石英法蘭固定一塊石英玻璃且彈體上蓋與彈體下蓋與彈體通過螺栓連接在一起，此發(fā)明周向開口能夠靈活的布置測試光路具有普適性，但定容彈內(nèi)部測試空腔形狀不規(guī)則，不能滿足試驗(yàn)對于散熱計(jì)算的要求。中國專利CN 103926196 A公布了一種球形多功能定容彈，其外形為一個(gè)球體且具有兩個(gè)以上的可視化窗，此發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，開有六個(gè)可視化窗口，可以靈活的布置測試光路，但對于滿足實(shí)驗(yàn)高壓要求較為困難。華中科技大學(xué)的鄧鵬等人在《一種預(yù)混燃燒加熱式定容燃燒彈的研發(fā)》一文中公布了一種定容燃燒彈，基于其尺寸的情況下，把傳感器、火花塞、進(jìn)排氣孔均布置在8個(gè)角上，使結(jié)構(gòu)變得較為緊湊，各種儀器設(shè)備的位置固定，不適合不符合本實(shí)驗(yàn)對于靈活布置各類儀器設(shè)備的要求，其小缸徑的情況下，并不能滿足我們對于船用柴油機(jī)高壓，大油量噴霧模擬實(shí)驗(yàn)的要求。天津大學(xué)姚春德等人在《一種研究柴油甲醇雙燃料的定容燃燒彈試驗(yàn)裝置》一文中公布了一種定容燃燒彈彈，其設(shè)計(jì)合理但是缸徑較小，并不能滿足我們對于船用柴油機(jī)高壓，大油量噴霧模擬實(shí)驗(yàn)的要求。先進(jìn)的定容彈應(yīng)該在保持結(jié)構(gòu)簡單，承受高溫高壓，且能滿足滿足對燃燒發(fā)生的特征規(guī)律以及燃燒過程的可視化觀察前提下，同時(shí)滿足定容彈空腔形狀規(guī)整，光程短視清晰，能夠便于計(jì)算燃燒過程中的散熱的實(shí)驗(yàn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種用于柴油噴霧與燃燒可視化試驗(yàn)的定容彈體，具體是一種可產(chǎn)生熱力發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)氣體環(huán)境(壓力、溫度、成分)的裝置，適合燃油噴霧的霧化、蒸發(fā)、混合氣的形成、燃燒等過程及其各種特性的光學(xué)測試和試驗(yàn)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括定容彈本體、密封蓋板、石英玻璃視窗和定容彈頂蓋，所述定容彈本體為圓餅形結(jié)構(gòu)、內(nèi)部中空形成可視化試驗(yàn)區(qū)域，定容彈內(nèi)表面的兩側(cè)分別設(shè)置有環(huán)形安裝槽，所述密封蓋板有兩個(gè)，每個(gè)密封蓋板是帶孔的圓板，且在密封蓋板的一側(cè)設(shè)置有凹槽，所述石英玻璃視窗有兩個(gè)，每個(gè)石英玻璃視窗的一側(cè)安裝在環(huán)形安裝槽中、另一側(cè)安裝在凹槽中，密封蓋板與定容彈本體通過螺栓連接，定容彈本體的上下兩端面為平面，且在定容彈本體上端面的中間位置設(shè)置有通孔A，定容彈本體上端面、定容彈頂蓋的底部端面均設(shè)置有兩道安裝密封圈的凹槽，定容彈頂蓋與定容彈本體通過螺栓連接，且在定容彈頂蓋的中心位置設(shè)置有與通孔A同軸線的通孔B。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.定容彈本體的下半部設(shè)置有進(jìn)氣孔和排氣孔，且進(jìn)氣孔和排氣孔對稱設(shè)置在定容彈本體的兩側(cè)，進(jìn)氣孔和排氣孔的軸線均與豎直方向夾角為60度，與進(jìn)氣孔同側(cè)的定容彈本體上還設(shè)置有火花塞孔，火花塞孔的軸線與水平方向夾角為15度，與排氣孔同側(cè)的定容彈本體上設(shè)置有傳感器孔，傳感器孔的軸線與水平方向夾角為0度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的定容彈結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，重量輕卻能夠承受高強(qiáng)度；可以顯著提高噴霧特性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)效率，在實(shí)驗(yàn)過程中通過紋影法配合高速攝像機(jī)能夠完成對于柴油機(jī)噴霧燃燒實(shí)驗(yàn)流體的成像并提高噴霧特性實(shí)驗(yàn)中圖像的拍攝效果，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)分析的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，同時(shí)，還可以兼顧對不同噴油器的噴霧特性進(jìn)行測試，提高了噴霧測試定容彈的適應(yīng)性。

由于本發(fā)明定容彈本體采用圓餅形結(jié)構(gòu)，僅在定容彈體前后兩側(cè)開窗口，定容彈結(jié)構(gòu)完整最大程度的減少不必要的局部應(yīng)力現(xiàn)象，能夠承受更高的爆發(fā)壓力，雖然重量輕卻能夠承受高強(qiáng)度。

由于本發(fā)明所提供噴霧測試定容定容彈體是通過噴油器安裝座固定噴油器，對不同噴油器只需更換不同的安裝座即可，適應(yīng)性好，能降低實(shí)驗(yàn)成本。

由于本發(fā)明定容彈本體采用圓餅形結(jié)構(gòu)，所述的各類安裝孔均開在定容彈本體中心面上，其中進(jìn)排氣孔開在定容彈下半部，成對稱設(shè)計(jì)，角度與豎直方向成60°，既能夠使燃油噴霧與空氣充分混合又促進(jìn)尾氣的排出，火花塞安裝在彈體的中央位置，進(jìn)氣口一側(cè)，與水平線成15度角，此時(shí)，火花塞能夠恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火。壓力傳感器安裝在彈體中央位置，排氣口一側(cè)，與水平線成0°。

本發(fā)明采用采用大缸徑彈體，更加接近船舶柴油機(jī)的實(shí)際尺寸，沒有受到現(xiàn)有定容彈缸體形狀的限制，選用更符合實(shí)際情況，更有利于研發(fā)試驗(yàn)的彈體，雖然在功能多用方面受到限制，但是能夠進(jìn)行極端條件下的實(shí)驗(yàn)測量，所進(jìn)行的噴霧燃燒實(shí)驗(yàn)更加接近實(shí)際情況，具有更高的研發(fā)價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明可視化噴霧定容彈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明可視化噴霧定容彈本體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明可視化噴霧定容彈本體的半剖半俯視圖；

圖4為本發(fā)明可視化噴霧定容彈本體的豎直截面圖；

圖中：1-定容彈本體；10-測試區(qū)域；101-環(huán)形安裝槽；102-進(jìn)氣孔；103-排氣孔；104-火花塞孔；105-傳感器孔；106-通孔A；2-密封蓋；201-螺紋孔；202-通孔B；3-頂蓋；31、32-密封凹槽；301-螺紋孔；4-石英玻璃視窗。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供的一種用于柴油噴霧與燃燒可視化試驗(yàn)的定容彈體，外觀示意圖如圖1所示，主要包括：定容彈本體1，密封蓋2，頂蓋3，石英玻璃視窗4。定容彈本體1采用圓餅形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部中空形成可視化試驗(yàn)區(qū)域10，在圓餅兩側(cè)開窗孔并加工同一尺寸的環(huán)形安裝槽，用以安裝視窗組件，安裝槽的口徑為186mm、深度約為0.75倍石英玻璃厚度，并用金屬密封蓋2固定石英玻璃4加以密封，兩者密封端面承受主要的密封壓力；所述的定容彈本體1上下端面為平面狀，上端面開有噴油器安裝座定位孔，下端面開有四個(gè)定位螺紋孔，便于定容彈安裝在固定架上，是試驗(yàn)過程中定容彈穩(wěn)定性的保證之一；所述的定容彈本體中心面徑向開有各類的安裝孔，與可視化窗口平行，用以安裝各類試驗(yàn)組件；定容彈本體徑向開有各類安裝孔，具體位置根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行調(diào)整，滿足更加廣泛的實(shí)驗(yàn)條件。密封蓋板2是內(nèi)外徑與彈體一致的帶孔圓板，形狀與彈體側(cè)面相吻合，六個(gè)螺栓均勻分布在密封蓋2上保證足夠的受壓均勻，也即通過貫穿螺栓與定容彈本體的機(jī)械連接，密封蓋與定容彈本體接觸面均進(jìn)行倒角處理，便于密封安裝，兩者接觸面承受大部分密封壓力，使得石英玻璃受力均勻能夠承受更大的爆發(fā)壓力，在更加復(fù)雜惡劣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下依然能夠保持良好的物理狀態(tài)。在靠近定容彈本體的一側(cè)有凹槽，便于配合定容彈本體1把石英玻璃4卡在二者中間，使石英玻璃的安裝更加穩(wěn)定。

圖2是本發(fā)明中的彈體結(jié)構(gòu)圖，定容彈本體1兩側(cè)開窗口的安裝凹槽101，用于安裝石英玻璃4，窗口口徑大，視野寬闊，光路簡單，能夠更直接簡單測量所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分的觀察油束在碰壁之前的運(yùn)動(dòng)及燃燒過程，簡化實(shí)驗(yàn)計(jì)算。

本發(fā)明的定容定容彈結(jié)構(gòu)簡單，能夠利用利用相關(guān)光學(xué)診斷技術(shù)通過透明可視的窗口對噴霧和燃燒過程進(jìn)行觀察和測量，對燃油噴霧的特性進(jìn)行深入的研究和分析，顯著提高實(shí)驗(yàn)效率。定容彈本體整體性完整，結(jié)構(gòu)簡單且缸徑大，僅前后兩個(gè)面承受局部壓力大，通過有效的密封能夠承受20MPa以上的爆發(fā)壓力，能夠滿足高溫，高壓試驗(yàn)條件下的可視化柴油機(jī)噴霧測試試驗(yàn)。

圖3為本發(fā)明的本體的半剖半俯視圖，定容彈本體與定容彈頂蓋采用套合的配合方式，螺栓連接作為輔助。本發(fā)明的定容彈頂蓋為三層圓柱體結(jié)構(gòu)，定容彈頂蓋下層部分直接嵌合入定容彈體，避免定容彈與噴油器的直接接觸，定容彈頂蓋中層部分通過螺栓與定容彈本體相連接，定容彈上表面周圍均勻分布四個(gè)螺栓孔301，用于頂蓋3與定容彈本體1之間的連接，頂蓋平面和彈體的接觸平面有兩個(gè)凹槽31、32，通過壓合兩道密封圈確保頂蓋3具有比較好的密封性，兩道密封圈的選擇也充分考慮了定容彈試驗(yàn)環(huán)境對于密封性的要求，采用兩道密封環(huán)搭配的方式，既能夠防止氣體外泄，也能形成相互保護(hù)的機(jī)制，防止氣體高壓下溢出，改變密封環(huán)位置，致使密封失效，在實(shí)驗(yàn)過程中不易被泄漏的氣體所吹散。由于實(shí)驗(yàn)過程中高頻振動(dòng)比較明顯，采用此類的密封方式，既能保證密封效果，又能保證在復(fù)雜的震動(dòng)環(huán)境下安裝蓋的位置不發(fā)生相對的變化，保證密封性。頂蓋中心通孔B202與定容彈本體中心通孔A106同軸心，通孔B內(nèi)腔形狀與噴油器外形相適應(yīng)，使噴油器的底端依次穿過頂蓋通孔B202和定容彈本體通孔A，頂蓋中心通孔B內(nèi)壁形狀與噴油器的外壁形狀相吻合，使噴油器能夠順利安裝在通孔之中且保持良好的密閉性。

定容彈本體與頂蓋，定容彈本體與密封板之間均采用密封連接，定容彈本體與石英玻璃，石英玻璃與密封板，頂蓋與噴油器之間均采用密封，保證試驗(yàn)壓力，定容彈的整體結(jié)構(gòu)簡單，整體性能優(yōu)良，能夠解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜裝備笨重的技術(shù)難題。

圖4為本發(fā)明本體豎直截面圖，各類安裝孔均開在定容彈本體中心面上，其中在定容彈下半部開有進(jìn)氣孔102、排氣孔103，成對稱設(shè)計(jì)，角度與豎直方向成60°，既能夠使燃油噴霧與空氣充分混合又促進(jìn)尾氣的排出；火花塞孔104開在彈體的中央偏上位置，與進(jìn)氣口一側(cè)，與水平線成15度角，此時(shí)，火花塞能夠恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火；壓力傳感器孔105安裝在彈體中央位置，排氣口一側(cè)，與水平線成0°。所述的安裝孔根據(jù)需求的不同擁有不同的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集裝置安裝孔為三級(jí)階梯狀，在定容彈體內(nèi)壁上打三段直徑深度各不相同的孔，最終貫穿到定容彈本體外壁面，根據(jù)試驗(yàn)組件類型的不同，選取不同的孔徑，保證各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝可靠，各類實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲得。

本發(fā)明的定容彈在使用過程中，需要進(jìn)行高溫高壓測試，需要對燃?xì)?、燃油進(jìn)行加熱。在定容彈之外安裝加熱系統(tǒng)，可以使的所有的準(zhǔn)備工作得以在進(jìn)入定容彈之前完成，因此燃?xì)?、燃油的溫度都是可以通過加熱器進(jìn)行調(diào)解的，更能滿足我們對于實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)的要求，進(jìn)一步加深我們對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理解。外部加熱也使得我們能夠減小定容彈的體積，擁有更加緊湊的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大光路的同時(shí)降低了危險(xiǎn)性。