[发明专利]一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置，属于内燃机冷却系统沸腾相变强化传热技术领域。

背景技术

内燃机冷却系统内“热”与“质”的传递过程直接影响着内燃机热量分配与能量利用，同时又作为燃烧热氛围的边界基础，是燃烧与排放适时性调控的要素。因此，冷却系统内流动与传热行为是内燃机节能减排的关键要素之一。为满足“高效节能与超低排放”的现实渴求，大量先进技术如多气门结构、增压中冷、直喷稀燃、废气再循环、高温冷却等被采用，使得内燃机功率密度越来越高，热负荷越来越大，这引起局部有限空间内(如缸盖鼻梁区)热流密度的急剧提高，给内燃机传热冷却带来前所未有的挑战。

目前传统的冷却系统是以单相对流换热为冷却传热方式。由于内燃机本体结构极为复杂且热负荷时空分布极不均匀，严重地制约着这种传热模式的冷却效率。更为复杂的是，目前冷却系统冷却量的确定仅是以保证高速大负荷工况下零部件的热可靠性为前提，势必造成在部分负荷工况会出现“冷却过剩”的现象，而在高温环境高负荷工况又会面临过热的风险。而沸腾相变传热是解决高热流密度空间换热最具潜力的途径之一，其呈现出的较小过热度条件下极高的换热性能，给提升内燃机传热冷却效率带来了契机。

考虑到冷却水腔结构的复杂性和封闭性，以及沸腾现象的随机性和多变性，对内燃机沸腾传热机理与理论模型的研究具有重大意义。目前用于研究内燃机沸腾传热的试验装置大多测量诸如温度、热流密度、压力等物理量，这些参数对于研究水腔内沸腾汽泡的行为特征存在诸多经验性和局限性，例如无法获得水腔内沸腾汽泡尺度、运动情况、成核密度、脱离频率等动力学特征及沸腾状态，导致现有理论和模型简化和假设过多，模型中参数确定过于牵强，适用范围较窄，这极大地制约着沸腾传热在内燃机冷却系统中的研究与应用。

发明内容

针对现有技术中存在上述不足，本发明提供一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾可视化实验装置，实现对内燃机不同工况下缸盖鼻梁区冷却水腔内沸腾汽泡演化行为的可视化，通过对图像结果分析，为建立沸腾传热理论模型、进一步改进冷却水腔结构提供事实依据。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种内燃机缸盖鼻梁区沸腾传热可视化实验装置，其特征在于，包括恒温水浴箱、电动水泵、流量计、内燃机机体缸盖组件、可控加热器、内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机；所述恒温水浴箱和内燃机机体缸盖组件之间接有输入管路和输出管路；输入管路上依次设有电动水泵和流量计；所述恒温水浴箱和电动水泵之间设有第一流量控制阀；所述内燃机机体缸盖组件包括模拟机体和缸盖，所述缸盖位于模拟机体上部且彼此连接；所述可控加热器与缸盖的底板火力面紧密接触；所述缸盖鼻梁区附近设有通孔，与通孔密封配合的所述内窥镜高速摄像装置和图像采集系统及计算机相连。

进一步的，所述电动水泵和流量计之间设有与恒温水浴箱相连的循环管路，所述循环管路上设有第二流量控制阀。

进一步的，所述流量计和内燃机机体缸盖组件之间还设有分水器组件，所述分水器组件包括设有分水孔的分水盘、设有进水口的分水盖和分水接头；所述分水盘与分水盖连接；所述分水接头一端与分水孔相连，另一端与模拟机体的模拟机体上水孔相连。

进一步的，所述分水孔在分水盘上呈同心圆分布，其总数至少与模拟机体上水孔的数目相同。

进一步的，位于相邻两同心圆上的分水孔相互错开，且分水孔内表面设有螺纹。

进一步的，两个所述分水接头分别与分水孔和模拟机体上水孔相连的一端均设有分水接头螺纹，且两个分水接头之间通过软橡胶管相连、卡箍固定。

进一步的，所述分水盘内圆面上设有分水盘内螺纹，所述分水盖外圆面上设有与分水盘内螺纹配合的分水盖外螺纹，且分水盘与分水盖之间设有密封圈。

进一步的，所述鼻梁区附近通孔为鼻梁区螺纹孔；所述内窥镜高速摄像装置包括内窥镜高速摄像仪和下部透明的内窥镜安装固定套筒，所述内窥镜安装固定套筒外侧设有与鼻梁区螺纹孔配合连接的固定套筒外螺纹；所述内窥镜高速摄像仪位于内窥镜安装固定套筒内。

进一步的，所述内窥镜高速摄像装置还包括下部透明的镜头保护套筒，所述镜头保护套筒内部开设阶梯孔，与所述内窥镜高速摄像仪的定位台阶形成密封面；所述内窥镜安装固定套筒内管壁下部设有固定套筒内螺纹，且与所述镜头保护套筒下部所设保护套筒外螺纹配合连接。

进一步的，所述内窥镜高速摄像仪头部带有LED照明光源。

本发明的有益效果：