本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

定容燃燒彈(constantvolumecombustioncomb)是研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的重要試驗(yàn)裝置，是一種良好的介于理論分析和實(shí)際應(yīng)用的研究載體，其原理是在定容積的密閉空間中做燃料的燃燒試驗(yàn)以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在上止點(diǎn)附近燃燒腔內(nèi)的燃燒情況。目前定容燃燒彈研究課題集中在層流預(yù)混燃燒和湍流燃燒，在定容燃燒彈中開展液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒的研究較少，針對(duì)此問題，本發(fā)明提出了一種液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究，提供一種研究試驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明的液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)包括定容燃燒彈彈體、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)、激光診斷系統(tǒng)、電控單元；進(jìn)氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的進(jìn)氣孔相連；排氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的排氣孔；點(diǎn)火模塊的對(duì)置中心點(diǎn)火電極位于定容燃燒彈彈體內(nèi)；溫控加熱模塊為定容燃燒彈彈體加熱；高壓共軌系統(tǒng)為定容燃燒彈彈體提供高壓燃油；數(shù)據(jù)采集模塊采集定容燃燒彈彈體內(nèi)的數(shù)據(jù)；紋影成像系統(tǒng)對(duì)定容燃燒彈彈體內(nèi)的噴霧擴(kuò)散燃燒過程進(jìn)行拍攝，激光診斷系統(tǒng)對(duì)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行分析；電控單元與進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，所述的定容燃燒彈總體呈八棱柱造型，左右端面安裝紋影視窗，八個(gè)側(cè)面分別安裝噴油器、溫度傳感器、誘導(dǎo)激光入射窗口、高壓側(cè)中心電極、熒光信號(hào)出射窗口、壓力傳感器、誘導(dǎo)激光出射窗口、低壓側(cè)中心電極；八個(gè)側(cè)面均預(yù)留有加熱電阻的安裝孔可對(duì)定容燃燒彈加熱。定容燃燒彈彈體還開有進(jìn)/排氣孔和進(jìn)/排氣系統(tǒng)對(duì)接，容彈彈體采用的材料為40cr，耐壓極限為20mpa。

優(yōu)選的，所述的進(jìn)氣系統(tǒng)包括預(yù)混氣瓶、電磁閥；由電控單元控制電磁閥的開度從而控制定容燃燒彈內(nèi)預(yù)混燃燒氣的進(jìn)氣量。

優(yōu)選的，所述的排氣系統(tǒng)包括排氣閥、壓力表、真空穩(wěn)壓包、真空泵；排氣系統(tǒng)的作用是在充入可燃?xì)怏w前將定容燃燒彈內(nèi)部抽至真空并在完成燃燒試驗(yàn)后抽出燃燒產(chǎn)物。

優(yōu)選的，所述的點(diǎn)火模塊包括點(diǎn)火線圈、高壓側(cè)中心電極和低壓側(cè)中心電極；高壓側(cè)中心電極和低壓側(cè)中心電極的電極絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點(diǎn)火線圈由電控單元驅(qū)動(dòng)并能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)火時(shí)間可控，點(diǎn)火能量可調(diào)的功能。中心電極是將火花塞的接地端焊接較細(xì)的電機(jī)絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點(diǎn)火線圈由電控單元驅(qū)動(dòng)并能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)火時(shí)間可控，點(diǎn)火能量可調(diào)。

優(yōu)選的，所述的溫控加熱模塊包括加熱電阻和直流穩(wěn)壓加熱電源；加熱電阻安裝于定容燃燒彈八個(gè)側(cè)面的加熱電阻安裝孔中，直流穩(wěn)壓加熱電源向加熱電阻供電，彈體內(nèi)溫度不斷升高，當(dāng)升高到設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)，電控單元切斷加熱電源供電回路，停止加熱。

優(yōu)選的，所述的高壓共軌系統(tǒng)包括燃油箱、濾清器、高壓燃油泵、高壓共軌管、軌壓傳感器、噴油器；燃油箱內(nèi)的燃油在高壓燃油泵的帶動(dòng)下經(jīng)過濾清器進(jìn)入高壓共軌管，高壓共軌管的目標(biāo)壓力由實(shí)驗(yàn)人員設(shè)定，軌壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油壓，噴油器在電控單元的控制下向定容燃燒彈內(nèi)噴入燃油，噴油脈寬可調(diào)，噴油量可標(biāo)定。

優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)采集卡采集壓力傳感器、溫度傳感器的輸出電壓并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

優(yōu)選的，所述的激光診斷系統(tǒng)包括誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置、熒光信號(hào)接收裝置，誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的激光，燃燒產(chǎn)物在激光的照射下迅速升溫并發(fā)出熒光被熒光信號(hào)接收裝置接收。

優(yōu)選的，所述的電控單元和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，并接收計(jì)算機(jī)所傳遞的點(diǎn)火命令、初始燃燒目標(biāo)溫度以及高壓共軌管的目標(biāo)軌壓。

所述的電控單元包括中心電極點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路、脈沖信號(hào)輸出電路、加熱電源控制電路、軌壓控制電路，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行can通訊，接收計(jì)算機(jī)所傳遞的點(diǎn)火命令、初始燃燒目標(biāo)溫度以及高壓共軌管的目標(biāo)軌壓并向計(jì)算機(jī)傳遞容彈內(nèi)溫度、壓力以及共軌管油壓信息。

附圖說明

圖1是本發(fā)明液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.高壓共軌管；2.高壓燃油泵；3.軌壓傳感器；4.濾清器；5.燃油箱；6.數(shù)據(jù)采集卡；7.直流穩(wěn)壓加熱電源；8.噴油器；9.溫度傳感器；10.加熱電阻；11.定容燃燒彈；12.入射拋物面鏡；13.點(diǎn)光源；14.入射平面鏡；15.誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置；16.預(yù)混氣瓶；17.電磁閥；18.熒光信號(hào)接收器；19a.高壓側(cè)中心電極；19b.低壓側(cè)中心電極；20.壓力表；21.壓力傳感器；22.排氣閥；23.真空穩(wěn)壓包；24.真空泵；25.出射拋物面鏡；26.刀口；27.高速攝影機(jī)；28.出射平面鏡；29.點(diǎn)火線圈；30.計(jì)算機(jī)；31.電控單元。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)包括定容燃燒彈彈體、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)、激光診斷系統(tǒng)、電控單元；進(jìn)氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的進(jìn)氣孔相連；排氣系統(tǒng)與定容燃燒彈彈體的排氣孔；點(diǎn)火模塊的對(duì)置中心點(diǎn)火電極位于定容燃燒彈彈體內(nèi)；溫控加熱模塊為定容燃燒彈彈體加熱；高壓共軌系統(tǒng)為定容燃燒彈彈體提供高壓燃油；數(shù)據(jù)采集模塊采集定容燃燒彈彈體內(nèi)的數(shù)據(jù)；紋影成像系統(tǒng)對(duì)定容燃燒彈彈體內(nèi)的噴霧擴(kuò)散燃燒過程進(jìn)行拍攝，激光診斷系統(tǒng)對(duì)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行分析；電控單元與進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火模塊、溫控加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)相連。

所述的定容燃燒彈11總體呈八棱柱造型，左右端面安裝紋影視窗，八個(gè)側(cè)面分別安裝噴油器8、溫度傳感器9、誘導(dǎo)激光入射窗口、高壓側(cè)中心電極19a、熒光信號(hào)出射窗口、壓力傳感器21、誘導(dǎo)激光出射窗口、低壓側(cè)中心電極19b；八個(gè)側(cè)面均預(yù)留有加熱電阻10的安裝孔可對(duì)定容燃燒彈加熱。定容燃燒彈彈體還開有進(jìn)/排氣孔和進(jìn)/排氣系統(tǒng)對(duì)接，容彈彈體采用的材料為40cr，耐壓極限為20mpa。

所述的進(jìn)氣系統(tǒng)包括預(yù)混氣瓶16、電磁閥17；由電控單元31控制電磁閥17的開度從而控制定容燃燒彈11內(nèi)預(yù)混燃燒氣的進(jìn)氣量。

所述的排氣系統(tǒng)包括排氣閥22、壓力表20、真空穩(wěn)壓包23、真空泵24；排氣系統(tǒng)的作用是在充入可燃?xì)怏w前將定容燃燒彈11內(nèi)部抽至真空并在完成燃燒試驗(yàn)后抽出燃燒產(chǎn)物。

所述的點(diǎn)火模塊包括點(diǎn)火線圈29、高壓側(cè)中心電極19a和低壓側(cè)中心電極19b；高壓側(cè)中心電極19a和低壓側(cè)中心電極19b的電極絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點(diǎn)火線圈29由電控單元31驅(qū)動(dòng)并能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)火時(shí)間可控，點(diǎn)火能量可調(diào)的功能。中心電極是將火花塞的接地端焊接較細(xì)的電機(jī)絲將電火花引入定容燃燒彈中心處，點(diǎn)火線圈由電控單元驅(qū)動(dòng)并能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)火時(shí)間可控，點(diǎn)火能量可調(diào)。

所述的溫控加熱模塊包括加熱電阻10和直流穩(wěn)壓加熱電源7；加熱電阻10安裝于定容燃燒彈11八個(gè)側(cè)面的加熱電阻安裝孔中，直流穩(wěn)壓加熱電源7向加熱電阻10供電，彈體內(nèi)溫度不斷升高，當(dāng)升高到設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)，電控單元31切斷加熱電源供電回路，停止加熱。

所述的高壓共軌系統(tǒng)包括燃油箱5、濾清器4、高壓燃油泵2、高壓共軌管1、軌壓傳感器3、噴油器8；燃油箱內(nèi)的燃油在高壓燃油泵的帶動(dòng)下經(jīng)過濾清器進(jìn)入高壓共軌管1，高壓共軌管1的目標(biāo)壓力由實(shí)驗(yàn)人員設(shè)定，軌壓傳感器3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油壓，噴油器在電控單元31的控制下向定容燃燒彈11內(nèi)噴入燃油，噴油脈寬可調(diào)，噴油量可標(biāo)定。

所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括壓力傳感器21、溫度傳感器9、數(shù)據(jù)采集卡6以及計(jì)算機(jī)30；數(shù)據(jù)采集卡6采集壓力傳感器21、溫度傳感器9的輸出電壓并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)30。

所述的激光診斷系統(tǒng)包括誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置15、熒光信號(hào)接收裝置18，誘導(dǎo)激光發(fā)生裝置產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的激光，燃燒產(chǎn)物在激光的照射下迅速升溫并發(fā)出熒光被熒光信號(hào)接收裝置接收。

優(yōu)選的，所述的電控單元31和計(jì)算機(jī)30進(jìn)行通訊，并接收計(jì)算機(jī)30所傳遞的點(diǎn)火命令、初始燃燒目標(biāo)溫度以及高壓共軌管1的目標(biāo)軌壓。

本發(fā)明系統(tǒng)的液體噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究的試驗(yàn)方法是在定容燃燒彈中利用預(yù)燃的方式產(chǎn)生高溫、高壓的環(huán)境以模擬柴油機(jī)壓縮上止點(diǎn)附近缸內(nèi)的熱氛圍。采用的實(shí)驗(yàn)方法如下：打開排氣閥并開啟真空泵，將定容彈抽至一定真空度(<0.5bar)，關(guān)閉排氣閥和真空泵，打開進(jìn)氣電磁閥，充入預(yù)混氣，等待定容燃燒彈內(nèi)溫度達(dá)到所設(shè)定的初始目標(biāo)溫度，由計(jì)算機(jī)向控制單元發(fā)送點(diǎn)火命令，電控單元驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火線圈將預(yù)混氣點(diǎn)燃，從而在定容彈內(nèi)產(chǎn)生高溫、高壓的環(huán)境，在定容彈內(nèi)的壓力下降到目標(biāo)壓力時(shí)，電控單元驅(qū)動(dòng)噴油器向定容彈內(nèi)噴入高壓燃油，同時(shí)電控單元向高速攝影機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡輸出觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)高速攝影機(jī)對(duì)燃燒火焰的拍攝和數(shù)據(jù)采集卡對(duì)燃燒壓力信號(hào)的采集，噴霧燃燒產(chǎn)物在誘導(dǎo)激光的照射下發(fā)出熒光并且被熒光信號(hào)接受裝置接受。通過對(duì)火焰?zhèn)鞑D像和燃燒壓力信息以及燃燒產(chǎn)物的分析可以深入研究燃料噴霧燃燒特性。

通過本發(fā)明的液體噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)，通過點(diǎn)燃預(yù)先充入定容彈內(nèi)的預(yù)混可燃?xì)怏w在定容燃燒彈內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的環(huán)境以模擬壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮上止點(diǎn)附近的熱氛圍，進(jìn)而向定容彈內(nèi)噴入高壓燃油，燃油在定容彈內(nèi)霧化并被壓燃，通過紋影成像系統(tǒng)記錄其壓燃燃燒過程，利用激光診斷技術(shù)捕捉燃燒產(chǎn)物生成信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性的研究。