[发明专利]多组份燃料喷雾浓度及蒸发率测试方法及其实施装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种喷雾技术领域的蒸发特性的测试方法，特别是一种利用燃料与环境氛围气体原子受激发光强度比率及发光谱线半值宽度变化来得出多组分燃料喷雾浓度与蒸发率的测试方法。

技术背景

基于计算机辅助工程的优化设计已成为现代动力机械装置设计中缩短开发周期、降低成本的重要手段，而各种数值模型的预测精度则为保证计算机辅助工程的有效性、可靠性的关键。由于采用喷雾燃烧的能源转换装置的性能与排放特性很大程度上由喷雾混合气形成过程决定，因此能够精准预测喷雾与混合气分布的数值模型对燃烧系统的优化设计至关重要。然而，由于目前仍无行之有效的喷雾浓度分布及蒸发特性的测试手段，缺乏标定模型所需的、可信赖的数据支持，目前模拟喷雾混合气过程的数值模型仍处于经验或半经验的水平。

目前常用的喷雾浓度分布测试技术有米氏散射结合纹影摄影的方法、激光诱导荧光法、双相激光诱导荧光法，以及激光吸收散射法。其中，通过米氏散射信号可以获得喷雾内液相分布信息，结合可以获得气相浓度梯度信息的纹影法可以对蒸发喷雾的宏观特性进行定性的描述，但获得浓度分布的定量信息极为困难。激光诱导荧光法是较为成熟的技术，如德国LaVision公司已有相关产品销售，但激光诱导荧光法通常只能定量测试气相浓度分布，当测试域内有液相存在时，由于液相较强荧光信号，其测试精度大大降低。双相激光诱导荧光法通过在燃料中混入两种荧光剂，在激光照射喷雾时液相与气相发出不同波长的荧光，通过分光并记录不同波长光的信息可以实现气液两相浓度分布的同时定量测试。然而，双相激光诱导荧光法通常只限于单成分燃料喷雾蒸发特性的测试，如测试两组份燃料喷雾时需要添加4种荧光剂及2个波长的励起激光，使得测试系统极为复杂，同时高精度的定量测试极为困难。激光吸收散射法技术利用紫外与可视两种波长的激光，通过选取适当的供试燃料，可以实现气液两相浓度的同时定量测试。然而，当激光吸收散射法应用于两种以上组份的燃料时，无法获得高精度的定量信息。此外，无论激光诱导荧光法、双相激光诱导荧光法还是激光吸收散射技术都受荧光剂或供试燃料选择的限制，其可测燃料的沸点局限于某一温度，无法描述更宽广温度范围的喷雾蒸发特性，特别是目前还没有能够测试含有三种以上成分燃料的喷雾蒸发特性的测试方法。而在现实中，无论汽油(馏程35～200℃)、轻柴油(160～370℃)还是航空燃料(130～280℃)都由多种成分组成并具有宽广的馏程，为了更接近实际燃料的蒸发特性，需要至少3种不同沸点成份的燃料来模拟。因此，为了更精确地描述或预测各种实际燃料喷雾混合气形成特性，亟需一种不受限于特定温度的、能够定量测试多组分燃料喷雾蒸发特性的方法。

经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号01249957.9，专利名称：喷雾密度分布测试装置，该专利技术提供了一种测试水喷雾的方法，但是此方法不能用于测试多组分燃料。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种利用燃料与环境氛围气体原子受激发光强度比率及发光谱线半值宽度变化来得出多组分燃料喷雾浓度与蒸发率的测试方法。本方法适用于汽油、柴油机、航空燃料、生物乙醇及生物柴油等多组分混合燃料喷雾蒸发特性的测试，在喷雾燃烧系统优化设计与模型标定方面有较大应用潜力。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种多组分燃料喷雾浓度及蒸发率测试方法，包括如下步骤：步骤一，对已知喷雾浓度或蒸发率的多组分燃料进行标定，并把标定好的浓度标定曲线或蒸发率标定曲线存储于数据处理单元内；步骤二，使激光器发射的激光经凸透镜聚焦于待测区，并利用光谱仪记录待测区内各原子发光谱线；步骤三，把发光谱线传输到数据处理单元，根据数据处理单元里面已经存储的浓度标定曲线或蒸发率标定曲线，计算出多组分燃料的喷雾浓度或蒸发率。

本发明还涉及一种实施以上所述多组分燃料喷雾浓度及蒸发率测试方法的测试装置，包括数据处理器、同步控制器、连接线、光谱仪、数据线、光导纤维、激光器、激光、凸透镜、喷射器、气缸和喷雾，数据处理器与同步控制器通过连接线相连接，数据处理器与光谱仪通过数据线相连接，光导纤维的两端分别与气缸的底端、光谱仪相连接，光谱仪、激光器、喷射器均通过连接线与同步控制器相连接，喷射器安装在气缸的顶端，激光由激光器发出，喷雾由喷射器喷出，激光经凸透镜后聚焦于喷雾上。