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一种定容燃烧 传热装置

阅读：648发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种定容燃烧传热装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是一种定容燃烧传热装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种定容燃烧传热装置，通过定容燃烧弹(1)模拟内燃机气缸内的定容环境，其特征在于：
所述定容燃烧弹(1)设有测试燃料进阀(4)、放气阀(5)；所述定容燃烧弹(1)通过管路分别与真空泵(6)、空气罐(7)、测试燃料罐(8)连通；在所述定容燃烧弹(1)的两侧设有观察窗(9)；所述定容燃烧弹(1)内设有点火电极(10)；所述定容燃烧弹(1)外部设有加热电路(11)；
所述定容燃烧弹(1)设置有热电偶(3)、热流密度传感器(2)、瞬态压力传感器(12)、压力变送器(13)、调温器(14)、温度计(15)以及压力计(17)；其中，所述热电偶(3)用于测量所述定容燃烧弹(1)的壁面温度，所述调温器(14)用于对所述加热电路(11)进行调节以调节所述定容燃烧弹(1)内的初始温度，所述温度计(15)用于测量所述定容燃烧弹(1)内的初始温度，所述热流密度传感器(2)用于测量火焰发展过程中的传热量，所述压力变送器(13)与所述压力计(17)用于测量所述定容燃烧弹(1)内的初始压力；所述热电偶(3)、所述热流密度传感器(2)、所述瞬态压力传感器(12)、所述压力变送器(13)、所述调温器(14)、所述温度计(15)以及所述压力计(17)均与数据采集和控制系统(16)建立连接；
所述数据采集和控制系统(16)一方面与记录电脑(18)建立连接，另一方面通过点火线(19)与所述点火电极(10)连接；摄像机(20)用于记录火焰传播到壁面时与壁面的传热过程，所述摄像机(20)与所述数据采集和控制系统(16)建立连接。
2.如权利要求1所述的一种定容燃烧传热装置，其特征在于：所述热流密度传感器(2)的数量为两个以上，两个以上所述热流密度传感器(2)安装在所述定容燃烧弹(1)的近壁面的不同高度处，用于测量火焰发展过程中的传热量和近壁面传热过程中传热变化。
3.如权利要求2所述的一种定容燃烧传热装置，其特征在于：所述热电偶(3)的数量为两个以上，两个以上所述热电偶(3)安装在所述定容燃烧弹(1)的内壁层的不同高度处，用于测量定容燃烧弹的壁面温度场分布。
4.如权利要求3所述的一种定容燃烧传热装置，其特征在于：两个以上所述热流密度传感器(2)及两个以上所述热电偶(3)安装在所述定容燃烧弹(1)的同一块壁面区域内。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种定容燃烧传热装置，其特征在于：利用纹影法对拍摄对火焰传播到壁面时与壁面的传热过程进行拍摄。

说明书全文

一种定容燃烧传热装置

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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

[0005] 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。

[0006] 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；

[0007] 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；

[0008] 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；

[0009] 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。

[0010] 本装置采用定容燃烧弹模拟内燃机气缸内的定容环境，通过改变初始温度、压力以及不同燃料的组分和浓度的边界条件模拟内燃机气缸内的定容环境，用于测试不同燃料在不同边界下火焰和壁面之间的燃烧和传热相互作用机理。优选的，在改变初始边界条件研究对传热的影响时，设计正交实验，每次只改变一个实验变量，以分析单个初始边界条件的变化时，燃烧与传热相互作用的机理。

[0011] 在上述方案的基础上，进一步的，热流密度传感器的数量为两个以上，两个以上热流密度传感器安装在定容燃烧弹的近壁面的不同高度处，用于测量火焰发展过程中的传热量和近壁面传热过程中传热变化。热流密度传感器安装在近壁面位置，可防止干扰火焰的发展过程及拍摄时的光路，同时可以有效记录在火焰传播到壁面时与壁面的传热过程。

[0012] 在上述方案的基础上，进一步的，热电偶的数量为两个以上，两个以上热电偶安装在定容燃烧弹的内壁层的不同高度处，用于测量定容燃烧弹的壁面温度场分布。

[0013] 在上述方案的基础上，进一步的，两个以上热流密度传感器及两个以上热电偶安装在定容燃烧弹的同一块壁面区域内，由此降低定容燃烧弹点火电极不在中心、火焰传播到各壁面时间不同的影响，只测量一块壁面区域热流密度和热场分布，提高测试数据的真实性和有效性。

[0014] 在上述方案的基础上，进一步的，利用纹影法对拍摄对火焰传播到壁面时与壁面的传热过程进行拍摄。

[0015] 有益效果：

[0016] 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。相比于在内燃机边界下探索不同参数对传热过程的影响会使得多种参数耦合在一起，无法判断单一因素的影响规律，本装置中燃烧的边界条件可控，可重复性好。附图说明

[0017] 图1为本发明的结构示意图；

[0018] 图中：1-定容燃烧弹、2-热流密度传感器、3-热电偶、4-测试燃料进阀、5-放气阀、6-真空泵、7-空气罐、8-测试燃料罐、9-观察窗、10-点火电极、11-加热电路、12-瞬态压力传感器、13-压力变送器、14-调温器、15-温度计、16-数据采集和控制系统、17-压力计、18-记录电脑、19-点火线、20-摄像机。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

[0020] 参见附图1，本实施例提供一种定容燃烧传热装置，通过定容燃烧弹1模拟内燃机气缸内的定容环境，通过改变初始温度、压力以及不同燃料的组分和浓度的边界条件模拟内燃机气缸内的定容环境，用于测试不同燃料在不同边界下火焰和壁面之间的燃烧和传热相互作用机理。

[0021] 定容燃烧弹1设有测试燃料进阀4、放气阀5；定容燃烧弹1通过管路分别与真空泵6、空气罐7、测试燃料罐8连通；在定容燃烧弹1的两侧设有观察窗9；定容燃烧弹1内设有点火电极10；定容燃烧弹1外部设有加热电路11。

[0022] 定容燃烧弹1上设置有热电偶3、热流密度传感器2、瞬态压力传感器12、压力变送器13、调温器14、温度计15以及压力计17；其中，热电偶3用于测量定容燃烧弹1的壁面温度，调温器14用于对加热电路11进行调节以调节定容燃烧弹1内的初始温度，温度计15用于测量定容燃烧弹1内的初始温度，热流密度传感器2用于测量火焰发展过程中的传热量，压力变送器13与压力计17用于测量定容燃烧弹1内的初始压力；热电偶3、热流密度传感器2、瞬态压力传感器12、压力变送器13、调温器14、温度计15以及压力计17均与数据采集和控制系统16建立连接。

[0023] 本例中，热流密度传感器2的数量为多个，多个热流密度传感器2安装在定容燃烧弹1的近壁面的不同高度处，用于测量火焰发展过程中的传热量和近壁面传热过程中传热变化。热流密度传感器2安装在近壁面位置，可防止干扰火焰的发展过程及拍摄时的光路，同时可以有效记录在火焰传播到壁面时与壁面的传热过程。

[0024] 热电偶3的数量为多个，多个热电偶3安装在定容燃烧弹1的内壁层的不同高度处，用于测量定容燃烧弹的壁面温度场分布。

[0025] 多个热流密度传感器2及多个热电偶3安装在定容燃烧弹1的同一块壁面区域内，由此降低定容燃烧弹点火电极不在中心、火焰传播到各壁面时间不同的影响，只测量一块壁面区域热流密度和热场分布，提高测试数据的真实性和有效性。

[0026] 数据采集和控制系统16一方面与记录电脑18建立连接，另一方面通过点火线19与点火电极10连接；摄像机20用于记录火焰传播到壁面时与壁面的传热过程，摄像机20与数据采集和控制系统16建立连接。

[0027] 本例中利用纹影法对拍摄对火焰传播到壁面时与壁面的传热过程进行拍摄，光源所投射出的光线经反射镜、凹镜，入射至定容燃烧弹1的一侧观察窗9，光线经定容燃烧弹1另一侧观察窗9、凹镜、反射镜后由摄像机20进行记录。

[0028] 本装置的工作原理为：先在定容燃烧弹1近壁面处不同高度安装热流密度传感器2，壁面层不同厚度安装高精度热电偶3，搭建纹影测试平台，利用真空泵6将定容燃烧弹1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，关闭燃料进阀4、放气阀5后静置一段时间保证燃料和空气充分混合，利用数据采集和控制系统16触发点火电极10点火和摄像机20拍摄，记录燃烧过程，利用数据采集和控制系统16记录燃烧过程瞬态压力变化、热流密度变化和壁面热场分布。之后进行多次试验，提高实验数据的可靠性和真实性。

[0029] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

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