[发明专利]一种同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的系统及方法

说明书

本发明公开了一种同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的系统及方法，系统包括定容燃烧装置、带有控制器的燃料供给系统、LED灯、高速摄影机、数字延时发生器和相位多普勒粒子分析仪，定容燃烧装置由箱体和燃烧弹体构成，燃烧弹体设置有四个形状为通孔的观察孔，观察孔的轴线均在同一水平面，其中两个观察孔的轴线之间的角度为180°，另外两个观察孔的轴线之间的夹角为160°，观察孔上安装有光学观察窗口，定容燃烧装置与燃料供给系统相连通，控制器与所述数字延时发生器相连接，数字延时发生器分别与相位多普勒粒子分析仪和高速摄影机相连接。通过使用该测量系统的测量方法进而实现在定容燃烧装置中同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的目的。

技术领域

本发明涉及定容燃烧装置领域，更具体的说，是涉及一种同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的系统及方法。

背景技术

在内燃机领域，燃料的雾化过程直接影响着燃烧和排放性能，进而为缓解能源和环境问题做出贡献。因此对于内燃机研究者而言，获得燃料的喷雾特性(射流破碎长度，喷雾锥角，油滴粒径与速度等)及其与周围环境参数(压力，温度，环境气体种类及密度等)的关系，进而建立燃料雾化反应动力学机理，最终为发动机喷雾模拟以及优化提供基础数据，是开展喷油雾化研究的主要目的。

在实际的内燃机中，对喷雾的试验研究很难进行，这是因为对喷雾条件参数的控制和调整很难做到十分精确，而且受现有测量仪器的限制，对喷雾形态及其微观特性进行精确测量十分困难。因此常用的喷雾实验研究方法之一就是定容燃烧弹法。

现有部分喷雾特性测量系统及方法只能在开放空间下对喷雾宏观或微观特性进行测量，或者只能在定容燃烧装置中测量喷雾的宏观形貌，无法与先进光学测量仪器配合，对其微观特性(包括喷雾粒子的粒径分布信息和速度分布信息)进行测量，更不能实现定容燃烧装置中喷雾宏观形貌和微观特性的同步测量。因此，此类系统及方法远远无法满足试验的要求。这种局限性严重的阻碍了对燃料的破碎雾化深度的研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的系统及方法，该测量系统能够与相位多普勒粒子分析仪(PDA)和高速摄影机等多种现代光学测量仪器配合使用，通过使用该测量系统的测量方法进而实现在定容燃烧装置中同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的系统，包括定容燃烧装置、带有控制器的燃料供给系统、LED灯、高速摄影机、数字延时发生器和相位多普勒粒子分析仪，所述定容燃烧装置由箱体和燃烧弹体构成，所述箱体和燃烧弹体之间填充有用于保温的石棉，所述燃烧弹体设置有四个形状为通孔的观察孔，所述观察孔的轴线均在同一水平面，其中两个观察孔的轴线之间的角度为180°，另外两个观察孔的轴线之间的夹角为160°，所述观察孔上安装有光学观察窗口，所述定容燃烧装置的中部正上方设置有与所述燃料供给系统相连通的连接孔，所述控制器与所述数字延时发生器相连接，数字延时发生器分别与所述相位多普勒粒子分析仪和所述高速摄影机相连接。

所述光学观察窗口由端口法兰、光学玻璃和玻璃压盖构成。所述端口法兰通过内六角螺栓安装于观察孔，光学玻璃安放在端口法兰上，玻璃压盖压紧光学玻璃后通过内六角螺栓与端口法兰相连接。

所述箱体由上箱体、下箱体和箱盖构成。

一种同步测量喷雾宏观形貌和微观特性的系统的测量方法，步骤如下：

(1)安置定容燃烧装置，将相位多普勒粒子分析仪的发射探头和接收探头分别与第三光学观察窗口和第四光学观察窗口相对应；

(2)将LED灯放置在第一光学观察窗口对应的方位，将高速摄影机放置在第二光学观察窗口对应的方位，调整高速摄影机位置和焦距使燃料喷射入燃烧弹体中时可拍摄出清晰的喷雾宏观形貌图；