專利名稱：一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，更具體地說(shuō)，它涉及一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
汽油機(jī)和柴油機(jī)的缸蓋是其主要受熱元件之一，原因在于它是構(gòu)成汽油機(jī)或柴油機(jī)燃燒室的主要部件。如何更加有效的對(duì)缸蓋進(jìn)行冷卻是保證汽油機(jī)或柴油機(jī)正常工作的必要條件。傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)是通過(guò)缸蓋內(nèi)部冷卻水道中冷卻液的流動(dòng)來(lái)帶走熱量，但這種方式受到了流動(dòng)邊界層的限制，冷卻能力進(jìn)一步提升的潛力不大。另一方面射流，一般來(lái)講是一種無(wú)固壁約束的自由湍流，這種湍流通過(guò)邊界層上活躍的湍流將周圍流體卷吸進(jìn)而來(lái) 不斷擴(kuò)大，因此從一定程度上消除了邊界層對(duì)傳熱系統(tǒng)的限制，更有利于傳熱。射流液體從噴管或孔口中噴出，脫離固體邊界的約束，在液體或氣體中作擴(kuò)散流動(dòng)，稱為射流。射流一般為紊流流型，具有紊動(dòng)擴(kuò)散作用，能進(jìn)行動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞。射流沖擊冷卻技術(shù)具有優(yōu)良的瞬時(shí)散熱特點(diǎn)，在電子應(yīng)用及航空領(lǐng)域都有所應(yīng)用，而在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的冷卻領(lǐng)域中還未有米用射流沖擊冷卻技術(shù)的。而射流沖擊冷卻技術(shù)對(duì)缸蓋換熱系數(shù)的影響需要有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型將射流沖擊冷卻技術(shù)應(yīng)用到對(duì)缸蓋進(jìn)行冷卻的一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，目的在于采用實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證射流沖擊冷卻技術(shù)對(duì)缸蓋換熱系數(shù)的影響趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，包括埋設(shè)有第二溫度傳感器的缸蓋、對(duì)缸蓋進(jìn)行加熱的加熱件、對(duì)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的射流機(jī)構(gòu)以及采集第二溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，所述射流機(jī)構(gòu)設(shè)有為其提供動(dòng)力的動(dòng)力單元，所述數(shù)據(jù)采集器與動(dòng)力單元、數(shù)據(jù)采集器與第二溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器與加熱件均連接設(shè)置。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在動(dòng)力單元的驅(qū)動(dòng)下，射流工質(zhì)經(jīng)過(guò)射流機(jī)構(gòu)高速?zèng)_擊到缸蓋預(yù)設(shè)的發(fā)熱表面(即相對(duì)設(shè)有加熱件的另一面)，與發(fā)熱表面發(fā)生射流沖擊換熱，工質(zhì)從發(fā)熱表面攜走熱量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)熱表面的冷卻(即所有加熱的熱量都被射流工質(zhì)帶走)，數(shù)據(jù)采集器采集相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出射流沖擊冷卻技術(shù)對(duì)缸蓋換熱系數(shù)的影響趨勢(shì)。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為所述射流機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)通連接的射流工質(zhì)入口和射流室，射流室包括有射流室出口，射流工質(zhì)入口處設(shè)有噴嘴，噴嘴設(shè)有射流孔，射流孔與射流室出口、射流孔與射流工質(zhì)入口均導(dǎo)通連接，噴嘴連接有驅(qū)動(dòng)其上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，進(jìn)一步確定射流機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)噴嘴上下移動(dòng)，控制射流工質(zhì)的射流速度和射流角度，射流工質(zhì)從射流工質(zhì)入口經(jīng)過(guò)射流孔高速?zèng)_擊到缸蓋預(yù)設(shè)的發(fā)熱表面實(shí)現(xiàn)發(fā)熱表面的冷卻，不同流速、不同角度會(huì)有不同的冷卻效果，多次實(shí)驗(yàn)可以得出最佳速度和最佳角度，從而實(shí)現(xiàn)最佳的冷卻效果。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為射流室出口導(dǎo)通連接有儲(chǔ)液罐，儲(chǔ)液罐與動(dòng)力單元連接設(shè)置。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，射流工質(zhì)完成冷卻工作后經(jīng)射流室出口流到儲(chǔ)液罐，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為所述儲(chǔ)液罐與動(dòng)力單元之間設(shè)有流量控制閥。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，可以精確控制射流工質(zhì)的流量。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為射流工質(zhì)入口導(dǎo)通連接有恒溫箱，射流工質(zhì)入口與恒溫箱之間設(shè)有第一溫度傳感器，第一溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器連接設(shè)置，恒溫箱與動(dòng)力單 元連接設(shè)置，恒溫箱與動(dòng)力單元之間設(shè)有液體質(zhì)量流量計(jì)。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，為保證射流工質(zhì)溫度的恒定，特引入了恒溫箱設(shè)備，為明確溫度是否準(zhǔn)確恒溫，設(shè)置了第一溫度傳感器，為了測(cè)定射流工質(zhì)的流量特引入了液體質(zhì)
量流量計(jì)。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為所述缸蓋設(shè)有絕熱材料。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，將絕熱材料置于缸蓋上除設(shè)有加熱件和射流機(jī)構(gòu)的其余表面，保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的散熱途徑只來(lái)著射流機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為所述加熱件為可編程加熱器。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，使得在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)缸蓋的加熱控制更加簡(jiǎn)便。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為所述動(dòng)力單元為電子泵。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，進(jìn)一步確定了為射流工質(zhì)提供動(dòng)力的動(dòng)力器件。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為所述驅(qū)動(dòng)件為步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，進(jìn)一步確定了為噴嘴提供動(dòng)力的動(dòng)力器件。

圖I為本實(shí)用新型一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中射流機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為缸蓋中第二溫度傳感器的布置示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)DI至圖3對(duì)本實(shí)用新型的一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，包括埋設(shè)有第二溫度傳感器92的缸蓋I、對(duì)缸蓋I進(jìn)行加熱的加熱件2 (此處需說(shuō)明的是，所述加熱件2為可編程加熱器，使得在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)缸蓋I的加熱控制更加簡(jiǎn)便)、對(duì)缸蓋I進(jìn)行射流沖擊冷卻的射流機(jī)構(gòu)3以及采集第二溫度傳感器92溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器37，所述射流機(jī)構(gòu)3設(shè)有為其提供動(dòng)力的動(dòng)力單元5，所述動(dòng)力單元5為電子泵，所述數(shù)據(jù)采集器37與動(dòng)力單元5、數(shù)據(jù)采集器37與第二溫度傳感器92、數(shù)據(jù)采集器37與加熱件2均連接設(shè)置(此處需說(shuō)明的是，加熱件2置于缸蓋I的一側(cè)，射流機(jī)構(gòu)3置于缸蓋I相對(duì)加熱件2的另一側(cè)，缸蓋I上除了設(shè)有加熱件2和射流機(jī)構(gòu)3的兩側(cè)外，其他部位設(shè)有絕熱材料4，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的熱量的交換只來(lái)自于射流機(jī)構(gòu)3部分，缸蓋I中埋設(shè)有第二溫度傳感器92，第二溫度傳感器92與數(shù)據(jù)采集器37相連接，用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)所需的相關(guān)數(shù)據(jù))。所述射流機(jī)構(gòu)3包括射流室31，射流室31包括有射流室出口 311和射流工質(zhì)入口312，射流工質(zhì)入口 312處設(shè)有噴嘴32，噴嘴32設(shè)有射流孔321，射流室出口 311、射流工質(zhì)入口 312均與射流孔321導(dǎo)通連接，噴嘴32連接有驅(qū)動(dòng)其上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件33，驅(qū)動(dòng)件33為步進(jìn)電機(jī)。射流室出口 311導(dǎo)通連接有儲(chǔ)液罐6，儲(chǔ)液罐6與動(dòng)力單元5連接設(shè)置，儲(chǔ)液罐6與動(dòng)力單元5之間設(shè)有流量控制閥7，射流工質(zhì)入口 312導(dǎo)通連接有恒溫箱8，恒溫箱8與動(dòng)力單元5連接設(shè)置，射流工質(zhì)入口 312與恒溫箱8之間設(shè)有第一溫度傳感器91。所述恒溫箱8與動(dòng)力單元5之間設(shè)有液體質(zhì)量流量計(jì)38，液體質(zhì)量流量計(jì)38與數(shù)據(jù)采集器37連接設(shè)置。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在動(dòng)力單元5的可變速電子泵的驅(qū)動(dòng)下，不同流速的射流工質(zhì)從射流工質(zhì)入口 312經(jīng)過(guò)射流孔321高速?zèng)_擊到缸蓋I預(yù)設(shè)的發(fā)熱表面(即相對(duì)設(shè)有加熱件2的另一面)，與發(fā)熱表面發(fā)生射流沖擊換熱，工質(zhì)從發(fā)熱表面攜走熱量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)熱表面的冷卻(即發(fā)熱表面在經(jīng)過(guò)外部加熱后溫度仍保持不變)，恒溫箱8設(shè)備和第一溫度傳感器91的引入，保證了射流工質(zhì)溫度的恒定，射流工質(zhì)完成冷卻工作后經(jīng)射流室出口311流到儲(chǔ)液罐6，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，為了測(cè)定射流工質(zhì)的流量特引入了液體質(zhì)量流量計(jì)38進(jìn)行測(cè)試，流量控制閥7的設(shè)置使得射流工質(zhì)的流量可以得到調(diào)節(jié)。由于缸蓋進(jìn)排氣鼻梁處是整個(gè)缸蓋的受熱集中點(diǎn)，這種實(shí)驗(yàn)裝置尤其適合驗(yàn)證射流沖擊冷卻技術(shù)對(duì)缸蓋進(jìn)排氣鼻梁處換熱系數(shù)的影響。利用上述實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證射流沖擊冷卻技術(shù)對(duì)缸蓋I換熱系數(shù)的影響趨勢(shì)的計(jì)算說(shuō)明由于有絕熱材料4的存在，可以近似將可編程加熱器2傳熱問(wèn)題簡(jiǎn)化為垂直于缸蓋I的一維導(dǎo)熱問(wèn)題。假設(shè)加熱器2的熱流密度為q 4 = I = g
A M2上述公式中，Q為可編程加熱器2的功率，A為缸蓋I的表面積。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，由于第二溫度傳感器92埋在缸蓋I中，而第二溫度傳感器92的探頭到射流表面還存在一定的距離，稱有效傳導(dǎo)距離，S有效=S s度式中5 4為缸蓋I的全寬度；S 為第二溫度傳感器92埋入缸蓋I中的深度；射流工質(zhì)取在射流工質(zhì)入口
312和射流室出口 311溫度的平均值，用Ttt表示，熱流密度q采用g = g = _公式計(jì)算，
考慮此部分產(chǎn)生的熱阻影響，熱流密度,其中為射流沖擊表面的
溫度為第二溫度傳感器92測(cè)試的溫度；5為有效傳導(dǎo)距離；k為缸蓋I的導(dǎo)熱系數(shù)(依據(jù)材料物性而定)。
權(quán)利要求1.一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是包括埋設(shè)有第二溫度傳感器的缸蓋、對(duì)缸蓋進(jìn)行加熱的加熱件、對(duì)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的射流機(jī)構(gòu)以及采集第二溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，所述射流機(jī)構(gòu)設(shè)有為其提供動(dòng)力的動(dòng)力單元，所述數(shù)據(jù)采集器與動(dòng)力單元、數(shù)據(jù)采集器與第二溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器與加熱件均連接設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述射流機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)通連接的射流工質(zhì)入口和射流室，射流室包括有射流室出口，射流工質(zhì)入口處設(shè)有噴嘴，噴嘴設(shè)有射流孔，射流孔與射流室出口、射流孔與射流工質(zhì)入口均導(dǎo)通連接，噴嘴連接有驅(qū)動(dòng)其上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是射流室出口導(dǎo)通連接有儲(chǔ)液罐，儲(chǔ)液罐與動(dòng)力單元連接設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述儲(chǔ)液罐與動(dòng)力單元之間設(shè)有流量控制閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是射流工質(zhì)入口導(dǎo)通連接有恒溫箱，射流工質(zhì)入口與恒溫箱之間設(shè)有第一溫度傳感器，第一溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器連接設(shè)置，恒溫箱與動(dòng)力單元連接設(shè)置，恒溫箱與動(dòng)力單元之間設(shè)有液體質(zhì)量流量計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述缸蓋設(shè)有絕熱材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述加熱件為可編程加熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述動(dòng)力單元為電子泵。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述驅(qū)動(dòng)件為步進(jìn)電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置，其技術(shù)方案要點(diǎn)是，包括埋設(shè)有第二溫度傳感器的缸蓋、對(duì)缸蓋進(jìn)行加熱的加熱件、對(duì)缸蓋進(jìn)行射流沖擊冷卻的射流機(jī)構(gòu)以及采集第二溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，射流機(jī)構(gòu)設(shè)有為其提供動(dòng)力的動(dòng)力單元，數(shù)據(jù)采集器與動(dòng)力單元、數(shù)據(jù)采集器與第二溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器與加熱件均連接設(shè)置，射流機(jī)構(gòu)包括射流室，射流室包括射流室出口和射流工質(zhì)入口，射流工質(zhì)入口處設(shè)有噴嘴，噴嘴設(shè)有射流孔，射流室出口、射流工質(zhì)入口均與射流孔導(dǎo)通連接，噴嘴連接有驅(qū)動(dòng)其上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件。本實(shí)用新型可以通過(guò)采用試驗(yàn)的方式驗(yàn)證射流沖擊冷卻技術(shù)對(duì)缸蓋的換熱系數(shù)的影響趨勢(shì)，以便用于教學(xué)科研。
文檔編號(hào)G01N25/20GK202453314SQ20122009131
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者鄭偉 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)