[发明专利]一种定容燃烧传热装置

说明书

本发明涉及内燃机传热技术领域，具体涉及一种用于研究燃烧和传热相互作用机制的定容燃烧传热装置。一种定容燃烧传热装置，通过定容燃烧弹模拟内燃机气缸内的定容环境，在定容燃烧弹安装热流密度传感器及热电偶，搭建纹影测试平台，利用真空泵将定容燃烧弹抽成真空，再按计算的浓度和压力按量充入合成空气和测试燃料，关闭进排气阀后静置一段时间保证燃料和空气充分混合，之后触发点火并记录燃烧过程，采集燃烧过程瞬态压力变化、热流密度变化和壁面热场分布。本装置可以针对各种适用于内燃机的新型代用燃料，固定反应边界条件，研究燃料燃烧特性的同时，探索燃烧热量与定容弹壁面传热的作用机制，实现代用燃料内燃机传热模型的构造及标定。

技术领域

本发明涉及内燃机传热技术领域，具体涉及一种用于研究燃烧和传热相互作用机制的定容燃烧传热装置。

背景技术

随着石油能源的逐渐枯竭，现行能源结构面临着根本的变革。由于目前汽车的能源消费占世界能源消费总量已达四分之一，未来汽车的数量仍会继续增加，使得代用燃料越来越引起人们的关注；另外以石油为原料制得的汽油和柴油在燃烧时会产生CO，HC和CO₂，对人类生存环境造成极大危害，这些都进一步促进了代用燃料的开发和利用。液体燃料如甲醇CH₃OH、生物柴油；气体燃料如压缩天然气CNG、液化天然气LNG、液化石油气LPG、氢气H₂等由于其物理、化学特性能够有效改善石油能源难以克服的弱点，在车船用内燃机中已经得到广泛的应用。

数字化开发与设计已经成为了内燃机行业发展的趋势，其本质是基于计算机与内燃机系统的子模型进行预测开发，大大降低试验与人力成本。数字化开发的基础是准确的计算模型，但是由于不同代用燃料的比热容、导热系数、动力黏度和燃料与空气混合气燃烧过程中的气体常数等物性参数都不同于纯空气。以氢气为例，氢气的可燃范围广、淬熄距离短、燃烧速度变化范围大，导致代用燃料内燃机的传热过程不同于传统内燃机，尤其在化学当量比下，其传热量预测更加不准。为了探索能准确表征不同燃料内燃机传热过程的计算模型，需要对影响传热的因素进行理论分析。

利用热流密度传感器和高精度热电偶可以测量传热过程和基本参数，目前采用的实验方案都是将热流密度传感器安装在内燃机的缸盖或气缸上，测量内燃机运转过程中的传热参数。但是在内燃机边界下探索不同参数对传热过程的影响会使得温度、压力、浓度等多种参数耦合在一起，无法判断单一因素的影响规律。

发明内容

本发明的目的是：针对各种适用于内燃机的新型代用燃料，固定反应边界条件，研究燃料燃烧特性的同时，探索燃烧热量与定容弹壁面传热的作用机制，实现代用燃料内燃机传热模型的构造及标定，提供一种定容燃烧传热装置。

本发明的技术方案是：一种定容燃烧传热装置，通过定容燃烧弹模拟内燃机气缸内的定容环境；

定容燃烧弹设有测试燃料进阀、放气阀；定容燃烧弹通过管路分别与真空泵、空气罐、测试燃料罐连通；在定容燃烧弹的两侧设有观察窗；定容燃烧弹内设有点火电极；定容燃烧弹外部设有加热电路；

定容燃烧弹设置有热电偶、热流密度传感器、瞬态压力传感器、压力变送器、调温器、温度计以及压力计；其中，热电偶用于测量定容燃烧弹的壁面温度，调温器用于对加热电路进行调节以调节定容燃烧弹内的初始温度，温度计用于测量定容燃烧弹内的初始温度，热流密度传感器用于测量火焰发展过程中的传热量，压力变送器与压力计用于测量定容燃烧弹内的初始压力；热电偶、热流密度传感器、瞬态压力传感器、压力变送器、调温器、温度计以及压力计均与数据采集和控制系统建立连接；

数据采集和控制系统一方面与记录电脑建立连接，另一方面通过点火线与点火电极连接；摄像机用于记录火焰传播到壁面时与壁面的传热过程，摄像机与数据采集和控制系统建立连接。