一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噴油嘴內部空穴流動可視化試驗裝置，包括背壓系統、氣體循環(huán)系統、溫度控制系統、燃油噴射系統，背壓系統包括高壓氮氣、背壓腔體、氣體流量控制閥門組件、第一壓力變送器，氣體循環(huán)系統包括濾清器、氣體循環(huán)壓縮機、耐壓氣瓶、氣體控制閥門、第二壓力變送器、電控穩(wěn)壓器，溫度控制系統包括溫度控制單元、換熱器，溫度控制系統用于保證背壓腔體內的溫度恒定，燃油噴射系統包括比例放大噴油器、比例放大噴油嘴。本發(fā)明有效消除了現有技術中霧化柴油模糊背壓接收腔體窺視窗口的問題，從而有利于實驗進一步開展；本發(fā)明中采用透明比例放大噴油嘴，從而使一定背壓條件下柴油機燃油比例放大噴油嘴內部流動的可視化試驗成為可能。
【專利說明】一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明特涉及一種實現透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，屬于柴油機和水力空化【技術領域】，該裝置可應用于柴油機噴嘴內部流動以及氣液兩相流(空穴)的試驗研究。
【背景技術】
[0002]柴油機由于其優(yōu)良的燃油經濟性、耐久性和C02的低排放性，在21世紀作為交通運輸領域主要動力的地位將繼續(xù)保持下去，但其發(fā)展受到了氮氧化物(NOx)和顆粒(PM)排放高、噪聲大等因素的挑戰(zhàn)。NOx和PM產生于燃燒過程，燃油的噴霧混合作為燃燒的邊界條件之一，與燃燒過程的關系最為直接，從而對燃燒及柴油機的排放性能有著決定性的影響。近年來國外大量研究表明噴嘴內部空穴現象是造成噴孔出口燃油霧化的一個重要因素，噴嘴內部空穴現象的發(fā)生、發(fā)展和潰滅對隨后的射流霧化有著重大影響，但由于空穴現象自身問題的復雜性，關于空穴現象如何影響隨后的噴霧霧化機理還有待進一步探究，因此迫切需要對噴嘴內部空穴展開詳實的探究，從而揭示空泡的初生、發(fā)展和潰滅機理以及獲得精確的氣液分界面，最終建立精確的空穴兩相流模型，為空穴這一特殊兩相流問題研究做出貢獻。
[0003]而了解噴嘴內部空穴現象的發(fā)生、發(fā)展和潰滅機理需要深入的了解空泡的流動動態(tài)特性和流動結構，這就需要對噴嘴內空泡流動進行相關的試驗研究。為了研究噴孔內空穴的發(fā)展、發(fā)展和潰滅機理，需要采用各種測試手段來研究噴孔內空穴形態(tài)，噴孔內流速度分布以及獲得噴嘴內部詳細流動結構和精確的氣液分界面。這就需要采用高速攝影、PIV以及X射線成像技術等測試手段來研究噴嘴內空穴流動過程。但是采用上述測試手段來研究噴嘴內部流動特性時，有如下幾個難點:首先，整個試驗過程需要自動循環(huán)而且密閉，不能有半點泄漏；其次，要保證整個試驗過程中，試驗臺必須連續(xù)安全穩(wěn)定運行，保證整個試驗過程是一個準靜態(tài)過程；再次，試驗過程中壓力要保證可調和精密測量；最后，透明噴嘴的加工，要保證耐壓和高精度，同時還需要保證被測零件方便拆裝。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現有技術中噴嘴內部空穴現象研究裝置存在的上述問題，本發(fā)明提出一種可實現連續(xù)工作且密閉的透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:
一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，包括油路系統、傳動系統和監(jiān)控系統。
[0006]所述油路系統用于保證燃油的自循環(huán)流動，所述油路系統包括依次通過油路管道連接的油箱、粗濾清器、精濾清器、油壓調節(jié)閥、噴嘴、量筒、回油管，油箱中設置有用于根據試驗需要啟閉的加熱器，燃油從油箱中抽出，被加熱器加熱到試驗所需溫度后，經過粗濾清器、精濾清器、油壓調節(jié)閥、噴嘴、量筒、回油管，再回到油箱。[0007]所述傳動系統用于將低壓油轉換成高壓油和保證測試噴嘴的可拆裝性及密封性，所述傳動系統包括連接于粗濾清器和精濾清器之間的電動機和輸油泵、連接于噴嘴進口端的氣壓缸、與氣壓缸相連的外接氣泵。
[0008]所述監(jiān)控系統用于實現壓力和溫度的調節(jié)、流量和壓力的精密測量及試驗數據的實時記錄和存儲；所述監(jiān)控系統包括設置于油壓調節(jié)閥和噴嘴之間的流量傳感器、與油壓調節(jié)閥和加熱器相連的控制面板。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述噴嘴為橫截面為“H”形且其下端帶有凸起的的透明平板噴嘴，所述透明平板噴嘴的中軸線處設有使燃油流過的通孔，透明平板噴嘴的上端與氣壓缸相連，下端的凸起與量筒相連通。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述油壓調節(jié)閥通過調節(jié)閥的開度對油壓進行調節(jié)。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述外接氣泵的工作狀態(tài)包括充氣狀態(tài)和泄壓狀態(tài)，外接氣泵上設有泄壓閥，氣壓缸下方設有復位彈簧；充氣狀態(tài)下，外接氣泵將高壓氣體傳遞給氣壓缸，氣壓缸在高壓氣體的作用下向下運動，推動噴嘴向下運動，實現噴嘴的密封安裝；泄壓狀態(tài)下，泄壓閥向上抬起，氣壓缸在復位彈簧的作用下向上運動，實現噴嘴的拆卸。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，能夠實現自動循環(huán)，保證進行試驗測試時的時間要求，流量、壓力和溫度可任意調整且流量、壓力測量精度高，同時該裝置采用氣壓控制，拆裝透明平板噴嘴操作方便，且密封性好，所有數據通過儀表實時顯示。此外，整個裝置的結構簡單，易于實現。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明中透明平板噴嘴的結構示意圖。
[0014]圖中:1、氣壓缸；2、噴嘴；3、工作臺；4、量筒；5、精濾清器；6、回油管；7、油箱；8、加熱器；9、粗濾清器；10、輸油泵；11、電動機；12、油壓調節(jié)閥；13、控制面板；14、流量傳感器；15、燃油入口 ；16、被測噴孔；17、燃油出口。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]本發(fā)明一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置的結構如圖1所示，包括油路系統、傳動系統和監(jiān)控系統。
[0017]油路系統用于保證燃油的自循環(huán)流動，油路系統包括依次通過油路管道連接的油箱7、粗濾清器9、精濾清器5、油壓調節(jié)閥12、噴嘴2、量筒4、回油管6，油箱7中設置有用于根據試驗需要啟閉的加熱器8，燃油從油箱7中抽出，被加熱器8加熱到試驗所需溫度后，經過粗濾清器9、精濾清器5、油壓調節(jié)閥12、噴嘴2、量筒4、回油管6，再回到油箱7 ;噴嘴2為橫截面為“H”形且其下端帶有凸起的的透明平板噴嘴，所述透明平板噴嘴的中軸線處設有使燃油流過的通孔，透明平板噴嘴的上端與氣壓缸I相連，下端的凸起與量筒4相連通。油壓調節(jié)閥12通過調節(jié)閥的開度對油壓進行調節(jié)。[0018]傳動系統用于將低壓油轉換成高壓油和保證測試噴嘴的可拆裝性及密封性，傳動系統包括連接于粗濾清器9和精濾清器5之間的電動機11和輸油泵10、連接于噴嘴2進口端的氣壓缸1、與氣壓缸I相連的外接氣泵。外接氣泵的工作狀態(tài)包括充氣狀態(tài)和泄壓狀態(tài)，外接氣泵上設有泄壓閥，氣壓缸I下方設有復位彈簧；充氣狀態(tài)下，外接氣泵將高壓氣體傳遞給氣壓缸1，氣壓缸I在高壓氣體的作用下向下運動，推動噴嘴2向下運動，實現噴嘴2的密封安裝；泄壓狀態(tài)下，泄壓閥向上抬起，氣壓缸I在復位彈簧的作用下向上運動，實現噴嘴2的拆卸。
[0019]監(jiān)控系統用于實現壓力和溫度的調節(jié)、流量和壓力的精密測量及試驗數據的實時記錄和存儲，監(jiān)控系統包括設置于油壓調節(jié)閥12和噴嘴2之間的流量傳感器14、與油壓調節(jié)閥12和加熱器8相連的控制面板13。燃油溫度控制功能為:啟動燃油溫度控制按鈕，系統進入燃油溫度自動控制系統，設定燃油溫度在試驗所需要的溫度。燃油溫度低于設定的試驗溫度時，系統會自動地開啟加熱器8，對燃油進行加熱；當溫度升至設定的試驗溫度時，溫度傳感器發(fā)出信號，儀表便會對加熱器停止加熱。壓力調節(jié)控制功能為:通過調節(jié)該油壓調節(jié)閥的開度，可以對油壓進行調節(jié)，順時針方向旋轉油壓調節(jié)閥門，可以在0 -
0.4MPa范圍內調節(jié)油壓；逆時針方向旋轉油壓調節(jié)閥，可以使油壓在0 - 4MPa范圍內調節(jié)油壓。
[0020]電動機11帶動輸油泵10將油箱7中燃油經過粗濾清器9后到達輸油泵10，通過輸油泵10增壓后，燃油通過精濾清器5進入調壓閥12底板上的供油口，此時利用調壓閥調節(jié)系統壓力后，由油壓調節(jié)閥12底板上的供油口將調節(jié)好的高壓油提供給被測透明平板噴嘴2，經過透明平板噴嘴后燃油經量筒4后流回油箱7中，如此反復循環(huán)，直到試驗結束。其中，控制面板13上有壓力顯示器，可以顯示調壓閥調節(jié)后的壓力，溫度顯示器用以實時顯示油溫，流量傳感器14顯示噴射時流量值。
[0021]本發(fā)明為了保證在整個油路中沒有泄露以及方便拆裝透明噴嘴，對于透明噴嘴采用氣壓方式密封。該種密封方式的主要原理是氣泵與氣缸相連，當需要更換透明噴嘴時，關閉試驗臺運行按鈕，隨后關閉氣源控制開關，氣缸泄氣，氣缸自動升起，更換透明噴嘴，然后打開氣源控制開關，氣泵向氣缸提供氣源，氣缸自動向下壓緊透明平板噴嘴，該種密封方式保證了密封性以及可操作性。
[0022]本發(fā)明為了保證整個試驗過程是準靜態(tài)過程，即保證在同樣的邊界條件下，噴嘴內部流動基本保持穩(wěn)定不變，本裝置設計了一種簡單的透明平板噴嘴，使得與試驗臺相匹配，保證噴嘴內部流量在整個連續(xù)工作工程中基本維持不變，其透明平板噴嘴示意圖如圖2所示，燃油依次通過燃油入口 15、被測噴孔16、燃油出口 17。為了滿足試驗研究時的空間尺度要求，試驗測試時的口徑不能太大，必須保證在一個范圍之內，這樣才能保證獲得較好的效果。對于該噴嘴的拆裝和密封采用氣壓和密封墊圈控制，具體工作工程如下，當需要裝透明平板噴嘴時，關閉氣源開關，氣缸泄氣，氣缸自動向上抬起，將透明平板噴嘴和墊圈放入工作臺3上，打開氣源開關，氣泵向氣缸提供氣源，氣缸向下運動，并壓緊透明平板噴嘴，從而保證試驗過程無泄露。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，其特征在于:包括油路系統、傳動系統和監(jiān)控系統； 所述油路系統用于保證燃油的自循環(huán)流動，所述油路系統包括依次通過油路管道連接的油箱(7)、粗濾清器(9)、精濾清器(5)、油壓調節(jié)閥(12)、噴嘴(2)、量筒(4)、回油管(6)，油箱(7)中設置有用于根據試驗需要啟閉的加熱器(8)，燃油從油箱(7)中抽出，被加熱器(8)加熱到試驗所需溫度后，經過粗濾清器(9)、精濾清器(5)、油壓調節(jié)閥(12)、噴嘴(2)、量筒(4)、回油管(6)，再回到油箱(7)； 所述傳動系統用于將低壓油轉換成高壓油和保證測試噴嘴的可拆裝性及密封性，所述傳動系統包括連接于粗濾清器(9)和精濾清器(5)之間的電動機(11)和輸油泵(10)、連接于噴嘴(2 )進口端的氣壓缸(I)、與氣壓缸(I)相連的外接氣泵； 所述監(jiān)控系統用于實現壓力和溫度的調節(jié)、流量和壓力的精密測量及試驗數據的實時記錄和存儲；所述監(jiān)控系統包括設置于油壓調節(jié)閥(12)和噴嘴(2)之間的流量傳感器(14)、與油壓調節(jié)閥(12)和加熱器(8)相連的控制面板(13)。
2.根據權利要求1所述的一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，其特征在于:所述噴嘴(2)為橫截面為“H”形且其下端帶有凸起的的透明平板噴嘴，所述透明平板噴嘴的中軸線處設有使燃油流過的通孔，透明平板噴嘴的上端與氣壓缸(I)相連，下端的凸起與量筒(4)相連通。
3.根據權利要求1所述的一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，其特征在于:所述油壓調節(jié)閥(12)通過調節(jié)閥的開度對油壓進行調節(jié)。
4.根據權利要求1所述的一種透明噴嘴內部空穴流動可視化研究的自循環(huán)裝置，其特征在于:所述外接氣泵的工作狀態(tài)包括充氣狀態(tài)和泄壓狀態(tài)，外接氣泵上設有泄壓閥，氣壓缸(I)下方設有復位彈簧；充氣狀態(tài)下，外接氣泵將高壓氣體傳遞給氣壓缸(I )，氣壓缸(I)在高壓氣體的作用下向下運動，推動噴嘴(2)向下運動，實現噴嘴(2)的密封安裝；泄壓狀態(tài)下，泄壓閥向上抬起，氣壓缸(I)在復位彈簧的作用下向上運動，實現噴嘴(2)的拆卸。
【文檔編號】G01M10/00GK103487232SQ201310267605
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2013年6月28日
【發(fā)明者】鐘汶君, 何志霞, 王謙, 邵壯 申請人:江蘇大學