[发明专利]低速二冲程船用柴油机气缸稳态流动测试装置与方法

说明书

本发明公开了一种低速二冲程船用柴油机气缸稳态流动测试装置与方法，测试装置部分的组成结构是：风机与稳压箱、流量计、混合箱、稳压筒依次连接，气流可沿稳压筒三个通路进入扫气箱。扫气口与加长缸套连接，直线电机与活塞轴连接，活塞位于加长缸套内，排气管与加长缸套密封连接，排气门位于加长缸套内。支撑台架设有齿轮、齿条并组成传动副，齿轮齿条移动使排气门位于加长缸套内不同位置。其测试方法为：激光器光源入射至加长缸套的截面，两台相机置于两侧。速度测试分为三个步骤：获取相机测取参数；消除图像畸变；对CCD相机视场进行三维重构。本装置利用PIV仪系统测试可获得各个截面处的流场，同时可以测得全局速度与涡流强度。

技术领域

本发明属于发动机测试技术领域，具体涉及一种船用柴油机气缸流动测试装置。

背景技术

随着科技水平的不断提高，船舶业也逐渐走向大型化、自动化，由此对船舶推进装置提出了更高的功率要求。低速二冲程柴油机由于功率大、可靠性高、耐用性强、经济性好等显著优点，被广泛应用于大型民用船舶上。由于其采用重油为燃料，燃烧后会产生大量的有害废气，其中包括氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)、一氧化碳(CO)、未燃碳氢化合物(HC)以及颗粒(PM)等。扫气过程覆盖了从扫气口开启到排气门关闭的整个阶段。高效的扫气过程则可有效改善船用低速二冲程柴油机的燃烧特性，实现提高功率、降低油耗和排放、提高发动机可靠性的目的。

国内外针对船用二冲程柴油机扫气过程的研究主要采用实验手段，有以下几种方法：(1)热线风速仪组件，该仪器最早应用于内燃机缸内速度场的测量及流动特性的研究，但热线风速仪组件具有一定的使用局限性，其接触式测量会对流场产生一定干扰，同时由于热线对温度敏感性的限制，其只能针对发动机的进气及压缩阶段进行测量，因此应用范围十分受限。(2)激光多普勒测速技术(LDA)，该技术避免了测试装置对流场的干扰，采用非接触式的测量方式，具有较好的方向性及较高的空间与时间分辨率。但是，该技术与热线风速仪组件相同，均为单点测量，多点测量只能通过不断移动被测点来实现，测量效率低下。(3)粒子图像测速仪(PIV)，该技术能够实现空间瞬时流场的实时测量，能够呈现出更全面的缸内流场演变过程，能够捕捉缸内滚流或涡流演变规律、平均及脉动流场特征等，直接获取不同进气形式、气道形状以及活塞形状等对缸内流动影响程度的信息。但是，2D-PIV系统得到的是平面二维速度场，而3D-PIV系统则可以得到平面三维速度场。

由于实际应用中的绝大多数流动均为三维流动，相对于2D-PIV，3D-PIV可以更真实地认识流动状态。此外，采用叶片风速仪可以实现对扫气涡流强度的宏观评价，并与3D-PIV结果进行对比验证。因此，设计一种低速二冲程船用柴油机稳态流动测试装置，实现叶片风速仪和3D-PIV技术的结合，对于分析实机扫气过程中缸内气流流动特征、扫气性能等宏观参数具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的是，提供一种低速二冲程船用柴油机气缸稳态流动测试装置与方法，可观察和测量宏观及微观流场，对缸内各截面处进行流场分析。

本发明分为两大部分，一个是低速二冲程船用柴油机气缸稳态流动测试装置；另外一个是利用该测试装置对气缸内三维稳态流动速度测试的方法。

低速二冲程船用柴油机气缸稳态流动测试装置的原理与结构是，测试装置具有：风机、稳压箱、流量计、混合箱、稳压筒、扫气箱、扫气口、加长缸套、直线电机、活塞、缸套支架、排气管、排气门、支撑台架、齿轮、手柄、齿条、阀门、发动机单缸机、多缸机、叶片风速仪组件、十字支架、叶片、叶片支撑杆、轴承、激光器及片光源、CCD相机、变频器、示踪粒子、PIV仪、以及霍尔传感器等。