[发明专利]一种高温高压高湍流单液滴蒸发实验装置及其方法

说明书

本发明公开了一种高温高压高湍流单液滴蒸发的实验装置及其方法，涉及内燃机燃烧测试技术领域，所述装置包括供气装置，与所述供气装置连接的蒸发定容弹体(14)，位于所述蒸发定容弹体(14)内部的风扇(5)和伸缩式液滴悬挂装置(7)，以及通过导线与所述蒸发定容弹体(14)连接的控制单元(2)；所述风扇(5)包括位于其内部的变速器和安装支撑装置；所述定容弹体(14)包括风扇安装接口(19)、观察窗口(24)、压力传感器(6)和温度传感器(8)。本发明能够实现对微小液滴在不同湍流条件下的蒸发特性实验研究。

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧测试技术领域，特别是涉及一种高温高压高湍流单液滴蒸发的实验装置。

背景技术

内燃机技术的发展,不仅给人类带来了物质文明,同时也对人类赖以生存的环境产生着巨大影响。随着世界范围内的能源危机和环境污染问题的日益严重,人们对于发动机在节约能源和控制污染物排放方面的要求日趋严格。因此,开展清洁替代燃料的研究是目前解决能源危机和环境污染最有效的措施。替代燃料的研究必须提高其燃烧特性，而燃料的燃油-空气混合特性是制约燃烧性能的关键因素，进一步地，燃油-空气混合特性受制于喷入气缸内燃油液滴的蒸发速率。

内燃机缸内液滴的蒸发过程是一个很复杂的过程，缸内液滴受到很大的湍流影响其蒸发特性，而目前研究液滴蒸发的实验装置都是在高温条件或高温高压条件，没有研究湍流对液滴蒸发的影响装置，更没有研究在高温高压条件下湍流对单液滴蒸发影响的装置，为深入研究湍流在高温高压条件下对燃料液滴蒸发速率的影响，设计了高温高压湍流对单液滴蒸发影响的装置。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术无法研究湍流对单液滴蒸发影响的问题以及湍流在高温高压条件下对单液滴蒸发影响的问题，提供了一种高温高压高湍流单液滴蒸发实验装置及其方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高温高压高湍流单液滴蒸发实验装置，包括供气装置、蒸发定容弹体、风扇、伸缩式液滴悬挂装置和控制单元；所述供气装置包括高压氮气瓶、减压阀、微量质量流量计和进气阀；所述高压氮气瓶通过管路与所述蒸发定容弹体上开设的氮气进气阀安装孔连接，所述高压氮气瓶与所述蒸发定容弹体之间的管路上依次设有减压阀、微量质量流量计和进气阀，所述微量质量流量计通过导线与流量计控制器连接，所述流量计控制器位于所述控制单元内；

所述蒸发定容弹体为包括球状壳体、风扇安装接口和观察窗口，所述蒸发定容弹体的球状壳体表面均匀开设8个风扇安装接口，所述8个风扇安装接口安装位置两两相隔90度，且两两正对，所述风扇安装接口与电机座通过螺纹连接，所述伺服电机设于电机座上；所述蒸发定容弹体的球状壳体表面开设4个观察窗口，所述4个观察窗口位于蒸发定容弹体的球体赤道上，相邻观察窗口相隔90度，所述4个观察窗口内嵌有透明光学材料密封连接；所述风扇共有8个，安装在蒸发定容弹体本体14内部风扇座4上，并通过伺服电机驱动；所述压力传感器通过开设在所述蒸发定容弹体的球状壳体内壁的压力传感器安装孔与所述蒸发定容弹体连接，所述压力传感器通过导线与所述控制单元连接；多根不锈钢加热棒均布于蒸发定容弹体本体内部，所述不锈钢加热棒通过导线与温度控制器连接，所述温度控制仪位于所述控制单元内；所述伸缩式液滴悬挂装置置于蒸发定容弹体内壁最顶端；所述观察窗口分别位于所述燃烧蒸发弹体本体的侧面；所述蒸发定容弹体底部设有排气阀安装孔，排气阀安装孔中安装排气阀，所述排气阀与真空泵连接。

所述蒸发定容弹体的球状壳体内壁设置温度传感器，所述温度传感器通过导线与控制单元连接。

本发明的装置还包括图像采集装置和计算机；所述图像采集装置包括光源、高速摄像机和信号同步控制器；所述高速摄像机位于所述蒸发定容弹体赤道上正对观察窗口、并背对光源；所述信号同步控制器位于控制单元内，所述高速摄像机通过导线与所述信号同步控制器连接；所述计算机与所述控制单元通过导线连接。