[实用新型]基于渐扩管的内燃机进气管流量测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于内燃机进气流量测试领域，具体是指基于渐扩管的内燃机进气管流量测试装置。

背景技术

对于大部分车用内燃机空气流量计来说，其流速的测试范围较小，一般不超过5m/s，与内燃机的进气管内平均流速相差较大。而且，众所周知，内燃机的进气管中的气体流动为紊流，而流体质量流量测试时，测试部分必须为层流状态，才能测试的更加准确。

另一方面，现有的内燃机空气流量计所用的热膜式流量传感器是基于热传导原理而设计，主要通过平衡状态下温度分布来反映流速，但在内燃机的进气管中气体往往处于湍流状态下，该湍流状态下热量分布稳定性差，平衡温度分布具有一定的跳跃性，对测试结果会造成比较大的误差。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种能将进气管内处于紊流状态的气体转换成层流状态从而提高热膜式流量传感器传感精度的基于渐扩管的内燃机进气管流量测试装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种基于渐扩管的内燃机进气管流量测试装置，包括有内燃机进气管，还包括有取样管路，所述的取样管路通过控制阀旁路连接于内燃机进气管上，该取样管路包括有与控制阀相连的连接管以及同轴线连接于连接管出气端的渐扩管，所述的渐扩管包括有进口端和出口端以及连接于进口端和出口端之间管径逐渐增大的渐扩段，所述渐扩管的出口端与流量计相连接，所述的流量计内设置有热膜式流量传感器，所述的渐扩管的进口端的管径（d_进）和渐扩管的出口端的管径（d_出）的比值不低于1:2。

进一步设置是所述的渐扩管的出口端通过法兰盘与流量计相连接。

由于气体紊流进入到层流状态关键是流速问题，通过本设置，特定参数下渐扩管的作用是将流速高处于紊流状态的新鲜充量进行压力升高速度下降，从而进入到层流状态，从而适应流量计的热膜式流量传感器的检测需要，使得气体质量流量测试更加精确。

本实用新型渐扩管的进口端的管径（d_进）和渐扩管的出口端的管径（d_出）取值是根据以下方案来进行计算获得，其推导过程如下：

根据伯努利方程（动能+重力势能+压力势能=常数）：

将新鲜充量视为理想气体

             （公式1）

其中：

ρ-气体密度

v-气体速度

h-气体高度

将渐扩管进出口作为流体研究的对象，而且只针对渐扩管来说，气体所处的势能完全一致，因此公式1转化为：

            （公式2）

由于渐扩管进出口流体都为新鲜充量，因此进口密度和出口密度完全一致，因此公式2转换为：

               （公式3）

因此：

               （公式4）

 P进和P出可以用压力传感器直接测量，因此，为了能获得层流，即v_出必须小于等于某个值。而判断渐扩管出口，流体是否处于层流，关键看流体此刻的雷诺数为多少。根据雷诺数的定义：

                             （公式5）

即

                   （公式6）

雷诺数小于2300，则完全保证渐扩管出口新鲜充量的流动为层流，从而增加了测量的精确度。由于空气在20℃到60℃（发动机常见的进气温度范围）动力粘度的差异性并不大，因此公式6可以转换为：

                 （公式7）

即要求：

                       （公式8）

将公式4和公式8联立：

                 （公式9）

根据能量守恒定律，进入测试系统的质量流量不会发生变化，并且我们认为由于管道长度有限，因此渐扩管前后，流体的密度变化不大，因此可以得出：

                               （公式10）

公式10可以看出，当v_进、d_进作为已知条件的情况下，要想尽量得到层流，即得到尽量缩小的流速v_出，那么d_出的值就必须也变大。