[发明专利]对内燃机缸套处近壁流场及壁面温度同时测量的装置

说明书

本发明公开了一种对内燃机缸套处近壁流场及壁面温度同时测量的装置，其结构是：由石英玻璃缸套和金属缸套组合成完整缸套装于升降缸套内，缸盖与加长机体固定，加长机体一侧的丝杠带动升降板，使升降缸套固定在完整缸套和缸盖之间。石英玻璃缸套视窗扇角为300度；金属缸套为60度。两种缸套的两端均留有10度扇角，玻璃缸套设有凸台；金属缸套设有凹槽，凸台与凹槽对接。激光器设在完整缸套对称中心延长线上，两台相机对称放置在激光器的两侧。热电偶穿过金属套内位于流场测量区域的中心。两台相机配合粒子图像测速仪可测取金属缸套近壁处的三维流场，热电偶可实时读取缸套温度，由此解决了对内燃机缸套处近壁流场及壁面温度的同时测量。

技术领域

本发明属于内燃机工作参数测试技术领域，具体涉及一种对内燃机缸套内测量的装置。

背景技术

内燃机工作过程中，在燃烧室、缸套和活塞的共同作用下，气缸近壁会形成一层很薄的边界层，一般小于2mm。虽然缸内边界层很薄，但边界层内气体密度却比较大，可占缸内气体总质量的10％～20％。此外，缸内边界层与外围流场之间的动量、能量和质量的交换与内燃机工作过程密切相关，对于内燃机宏观流场结构、壁面传热和燃烧特性都起着至关重要的作用，并最终影响内燃机的热效率和污染物排放。因此，基于内燃机缸内边界层的重要性，对气缸内边界层的研究受到了广泛关注，其中尽可能多的同时获取与近壁区域相关的详细信息显得至关重要，比如近壁区域气体速度与温度分布、壁面温度等。

缸套作为内燃机结构中封闭空间的一部分，其近壁边界层相关信息的获取有一定的困难性和特殊性。具体体现在：(1)基于光学发动机与激光诊断技术，全石英玻璃缸套具有可视化的特点，允许光学方法对其缸内流场进行测量。但由于缸套是环形且石英玻璃缸套一般较厚，所以在测量缸套近壁流场时会给传统相机测量(相机光轴垂直测量平面)带来严重的光学畸变，导致难以获得较好的粒子成像效果，因此需要一种新的光路布置方法；(2)为了放置测量壁面温度的热电偶，一般会在缸套上钻孔。若在全石英玻璃缸套上钻孔会带来较大的困难与挑战；使用金属缸套钻孔问题可以解决，但金属缸套不能可视化，故无法对近壁流场进行测量。因此同时获取缸套近壁流场及壁面温度很难同时满足。

为此，本发明提出一种能够同时获取缸套近壁流场及壁面温度的测量装置，对研究内燃机边界层流动与壁面传热特性具有重要意义，同时也能够为进一步提高内燃机效率，降低污染物排放提供有益指导。

发明内容

本发明的目的是，提供一种对内燃机缸套处近壁流场及壁面温度同时测量的装置，解决传统相机测量的局限性以及玻璃缸套或金属缸套无法测量的问题。

对内燃机缸套处近壁流场及壁面温度同时测量的装置，包括：升降缸套、加长活塞、缸盖、支撑柱、加长机体、丝杠、升降板、橡胶垫圈、止推轴承、滚动轴承、激光器、相机、聚四氟乙烯垫片、镜头适配器、卡箍组件、以及热电偶等。本发明的系统组成结构是：完整缸套装于升降缸套内，加长活塞装于完整缸套内，缸盖由四根对称支撑柱支撑，支撑柱下端与加长机体通过螺纹固定。加长机体的两个侧面为开口结构，开口宽度大于完整缸套的外径，加长机体开口两侧均设有丝杠，丝杠装有升降板，升降板与升降缸套通过止口定位配合并固定，丝杠带动升降板和升降缸套上移，使完整缸套固定在升降缸套和缸盖下端面之间。

为达到对内燃机缸套处近壁流场及壁面温度同时测量的目的，采用的技术方案是：由非完整石英玻璃缸套和非完整金属缸套组合成完整缸套，完整与非完整两种缸套的厚度相同。非完整石英玻璃缸套的有效视窗扇角为300度；非完整金属缸套扇角为60度。非完整石英玻璃缸套两端设有扇角为10度、厚15mm的凸台；非完整金属缸套两端设有扇角为10度、宽15mm的凹槽，凸台与凹槽对接。在完整缸套上下均设有橡胶垫圈，橡胶垫圈的外圈设有卡箍组件。激光器设置在与完整缸套垂直的中心延长线上，两台型号相同的相机对称放置在激光器的两侧。激光器带有激光片光源，相机设有镜头适配器。在非完整金属缸套壁上钻有小孔，热电偶穿过小孔放置在完整缸套内位于流场测量区域的中心。