本發(fā)明涉及發(fā)動機燃燒過程的試驗裝置領(lǐng)域，具體涉及一種液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

定容燃燒彈(constantvolumecombustioncomb)是研究發(fā)動機燃燒過程的重要試驗裝置，是一種良好的介于理論分析和實際應(yīng)用的研究載體，其原理是在定容積的密閉空間中做燃料的燃燒試驗以模擬發(fā)動機活塞在上止點附近燃燒腔內(nèi)的燃燒情況。目前定容燃燒彈研究課題集中在層流預(yù)混燃燒和湍流燃燒，在定容燃燒彈中開展液體燃料噴霧擴散燃燒的研究較少，針對此問題，本發(fā)明提出了一種液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是實現(xiàn)液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究，提供一種研究試驗系統(tǒng)。

本發(fā)明的液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)包括定容燃燒彈彈體、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)、激光診斷系統(tǒng)、電控單元；進氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的進氣孔相連；排氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的排氣孔；點火模塊的對置中心點火電極位于定容燃燒彈彈體內(nèi)；溫控加熱模塊為定容燃燒彈彈體加熱；高壓共軌系統(tǒng)為定容燃燒彈彈體提供高壓燃油；數(shù)據(jù)采集模塊采集定容燃燒彈彈體內(nèi)的數(shù)據(jù)；紋影成像系統(tǒng)對定容燃燒彈彈體內(nèi)的噴霧擴散燃燒過程進行拍攝，激光診斷系統(tǒng)對燃燒產(chǎn)物進行分析；電控單元與進氣系統(tǒng)、點火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，所述的定容燃燒彈總體呈八棱柱造型，左右端面安裝紋影視窗，八個側(cè)面分別安裝噴油器、溫度傳感器、誘導(dǎo)激光入射窗口、高壓側(cè)中心電極、熒光信號出射窗口、壓力傳感器、誘導(dǎo)激光出射窗口、低壓側(cè)中心電極；八個側(cè)面均預(yù)留有加熱電阻的安裝孔可對定容燃燒彈加熱。定容燃燒彈彈體還開有進/排氣孔和進/排氣系統(tǒng)對接，容彈彈體采用的材料為40cr，耐壓極限為20mpa。

優(yōu)選的，所述的進氣系統(tǒng)包括預(yù)混氣瓶、電磁閥；由電控單元控制電磁閥的開度從而控制定容燃燒彈內(nèi)預(yù)混燃燒氣的進氣量。

優(yōu)選的，所述的排氣系統(tǒng)包括排氣閥、壓力表、真空穩(wěn)壓包、真空泵；排氣系統(tǒng)的作用是在充入可燃氣體前將定容燃燒彈內(nèi)部抽至真空并在完成燃燒試驗后抽出燃燒產(chǎn)物。

優(yōu)選的，所述的點火模塊包括點火線圈、高壓側(cè)中心電極和低壓側(cè)中心電極；高壓側(cè)中心電極和低壓側(cè)中心電極的電極絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點火線圈由電控單元驅(qū)動并能夠?qū)崿F(xiàn)點火時間可控，點火能量可調(diào)的功能。中心電極是將火花塞的接地端焊接較細的電機絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點火線圈由電控單元驅(qū)動并能夠?qū)崿F(xiàn)點火時間可控，點火能量可調(diào)。

優(yōu)選的，所述的溫控加熱模塊包括加熱電阻和直流穩(wěn)壓加熱電源；加熱電阻安裝于定容燃燒彈八個側(cè)面的加熱電阻安裝孔中，直流穩(wěn)壓加熱電源向加熱電阻供電，彈體內(nèi)溫度不斷升高，當(dāng)升高到設(shè)定的目標值時，電控單元切斷加熱電源供電回路，停止加熱。

優(yōu)選的，所述的高壓共軌系統(tǒng)包括燃油箱、濾清器、高壓燃油泵、高壓共軌管、軌壓傳感器、噴油器；燃油箱內(nèi)的燃油在高壓燃油泵的帶動下經(jīng)過濾清器進入高壓共軌管，高壓共軌管的目標壓力由實驗人員設(shè)定，軌壓傳感器實時監(jiān)測油壓，噴油器在電控單元的控制下向定容燃燒彈內(nèi)噴入燃油，噴油脈寬可調(diào)，噴油量可標定。

優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡以及計算機；數(shù)據(jù)采集卡采集壓力傳感器、溫度傳感器的輸出電壓并傳輸?shù)接嬎銠C。

優(yōu)選的，所述的激光診斷系統(tǒng)包括誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置、熒光信號接收裝置，誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置產(chǎn)生一定波長的激光，燃燒產(chǎn)物在激光的照射下迅速升溫并發(fā)出熒光被熒光信號接收裝置接收。

優(yōu)選的，所述的電控單元和計算機進行通訊，并接收計算機所傳遞的點火命令、初始燃燒目標溫度以及高壓共軌管的目標軌壓。

所述的電控單元包括中心電極點火驅(qū)動電路、脈沖信號輸出電路、加熱電源控制電路、軌壓控制電路，與計算機進行can通訊，接收計算機所傳遞的點火命令、初始燃燒目標溫度以及高壓共軌管的目標軌壓并向計算機傳遞容彈內(nèi)溫度、壓力以及共軌管油壓信息。

附圖說明

圖1是本發(fā)明液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.高壓共軌管；2.高壓燃油泵；3.軌壓傳感器；4.濾清器；5.燃油箱；6.數(shù)據(jù)采集卡；7.直流穩(wěn)壓加熱電源；8.噴油器；9.溫度傳感器；10.加熱電阻；11.定容燃燒彈；12.入射拋物面鏡；13.點光源；14.入射平面鏡；15.誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置；16.預(yù)混氣瓶；17.電磁閥；18.熒光信號接收器；19a.高壓側(cè)中心電極；19b.低壓側(cè)中心電極；20.壓力表；21.壓力傳感器；22.排氣閥；23.真空穩(wěn)壓包；24.真空泵；25.出射拋物面鏡；26.刀口；27.高速攝影機；28.出射平面鏡；29.點火線圈；30.計算機；31.電控單元。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)包括定容燃燒彈彈體、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)、激光診斷系統(tǒng)、電控單元；進氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的進氣孔相連；排氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的排氣孔；點火模塊的對置中心點火電極位于定容燃燒彈彈體內(nèi)；溫控加熱模塊為定容燃燒彈彈體加熱；高壓共軌系統(tǒng)為定容燃燒彈彈體提供高壓燃油；數(shù)據(jù)采集模塊采集定容燃燒彈彈體內(nèi)的數(shù)據(jù)；紋影成像系統(tǒng)對定容燃燒彈彈體內(nèi)的噴霧擴散燃燒過程進行拍攝，激光診斷系統(tǒng)對燃燒產(chǎn)物進行分析；電控單元與進氣系統(tǒng)、點火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)相連。

所述的定容燃燒彈11總體呈八棱柱造型，左右端面安裝紋影視窗，八個側(cè)面分別安裝噴油器8、溫度傳感器9、誘導(dǎo)激光入射窗口、高壓側(cè)中心電極19a、熒光信號出射窗口、壓力傳感器21、誘導(dǎo)激光出射窗口、低壓側(cè)中心電極19b；八個側(cè)面均預(yù)留有加熱電阻10的安裝孔可對定容燃燒彈加熱。定容燃燒彈彈體還開有進/排氣孔和進/排氣系統(tǒng)對接，容彈彈體采用的材料為40cr，耐壓極限為20mpa。

所述的進氣系統(tǒng)包括預(yù)混氣瓶16、電磁閥17；由電控單元31控制電磁閥17的開度從而控制定容燃燒彈11內(nèi)預(yù)混燃燒氣的進氣量。

所述的排氣系統(tǒng)包括排氣閥22、壓力表20、真空穩(wěn)壓包23、真空泵24；排氣系統(tǒng)的作用是在充入可燃氣體前將定容燃燒彈11內(nèi)部抽至真空并在完成燃燒試驗后抽出燃燒產(chǎn)物。

所述的點火模塊包括點火線圈29、高壓側(cè)中心電極19a和低壓側(cè)中心電極19b；高壓側(cè)中心電極19a和低壓側(cè)中心電極19b的電極絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點火線圈29由電控單元31驅(qū)動并能夠?qū)崿F(xiàn)點火時間可控，點火能量可調(diào)的功能。中心電極是將火花塞的接地端焊接較細的電機絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點火線圈由電控單元驅(qū)動并能夠?qū)崿F(xiàn)點火時間可控，點火能量可調(diào)。

所述的溫控加熱模塊包括加熱電阻10和直流穩(wěn)壓加熱電源7；加熱電阻10安裝于定容燃燒彈11八個側(cè)面的加熱電阻安裝孔中，直流穩(wěn)壓加熱電源7向加熱電阻10供電，彈體內(nèi)溫度不斷升高，當(dāng)升高到設(shè)定的目標值時，電控單元31切斷加熱電源供電回路，停止加熱。

所述的高壓共軌系統(tǒng)包括燃油箱5、濾清器4、高壓燃油泵2、高壓共軌管1、軌壓傳感器3、噴油器8；燃油箱內(nèi)的燃油在高壓燃油泵的帶動下經(jīng)過濾清器進入高壓共軌管1，高壓共軌管1的目標壓力由實驗人員設(shè)定，軌壓傳感器3實時監(jiān)測油壓，噴油器在電控單元31的控制下向定容燃燒彈11內(nèi)噴入燃油，噴油脈寬可調(diào)，噴油量可標定。

所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括壓力傳感器21、溫度傳感器9、數(shù)據(jù)采集卡6以及計算機30；數(shù)據(jù)采集卡6采集壓力傳感器21、溫度傳感器9的輸出電壓并傳輸?shù)接嬎銠C30。

所述的激光診斷系統(tǒng)包括誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置15、熒光信號接收裝置18，誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置產(chǎn)生一定波長的激光，燃燒產(chǎn)物在激光的照射下迅速升溫并發(fā)出熒光被熒光信號接收裝置接收。

優(yōu)選的，所述的電控單元31和計算機30進行通訊，并接收計算機30所傳遞的點火命令、初始燃燒目標溫度以及高壓共軌管1的目標軌壓。

本發(fā)明系統(tǒng)的液體噴霧擴散燃燒特性研究的試驗方法是在定容燃燒彈中利用預(yù)燃的方式產(chǎn)生高溫、高壓的環(huán)境以模擬柴油機壓縮上止點附近缸內(nèi)的熱氛圍。采用的實驗方法如下：打開排氣閥并開啟真空泵，將定容彈抽至一定真空度(<0.5bar)，關(guān)閉排氣閥和真空泵，打開進氣電磁閥，充入預(yù)混氣，等待定容燃燒彈內(nèi)溫度達到所設(shè)定的初始目標溫度，由計算機向控制單元發(fā)送點火命令，電控單元驅(qū)動點火線圈將預(yù)混氣點燃，從而在定容彈內(nèi)產(chǎn)生高溫、高壓的環(huán)境，在定容彈內(nèi)的壓力下降到目標壓力時，電控單元驅(qū)動噴油器向定容彈內(nèi)噴入高壓燃油，同時電控單元向高速攝影機和數(shù)據(jù)采集卡輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)高速攝影機對燃燒火焰的拍攝和數(shù)據(jù)采集卡對燃燒壓力信號的采集，噴霧燃燒產(chǎn)物在誘導(dǎo)激光的照射下發(fā)出熒光并且被熒光信號接受裝置接受。通過對火焰?zhèn)鞑D像和燃燒壓力信息以及燃燒產(chǎn)物的分析可以深入研究燃料噴霧燃燒特性。

通過本發(fā)明的液體噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)，通過點燃預(yù)先充入定容彈內(nèi)的預(yù)混可燃氣體在定容燃燒彈內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的環(huán)境以模擬壓燃式發(fā)動機壓縮上止點附近的熱氛圍，進而向定容彈內(nèi)噴入高壓燃油，燃油在定容彈內(nèi)霧化并被壓燃，通過紋影成像系統(tǒng)記錄其壓燃燃燒過程，利用激光診斷技術(shù)捕捉燃燒產(chǎn)物生成信息，進而實現(xiàn)液體燃料噴霧擴散燃燒特性的研究。