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一種用于噴霧、燃燒、碳煙生成特性測試的多功能定容彈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，包括：本體、二到六個光學窗口。本發(fā)明的本體構(gòu)造簡單，光學窗口采用雙層玻璃（即承壓厚玻璃與隔熱薄玻璃）和空氣隔熱層保護，提供穩(wěn)定的高溫高壓試驗環(huán)境。具有結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡單、加工方便，光學系統(tǒng)和噴射器布置靈活的特點。光學窗口固定器上設(shè)置的導(dǎo)光槽，可適用于在高溫高壓下位相多普勒法連續(xù)測量。本發(fā)明定容彈可以對噴霧、燃燒、碳煙生成等實施平面激光誘導(dǎo)熒光（噴霧截面燃油落點分布等）、激光誘導(dǎo)磷光法（氣相和壁面的溫度分布）、激光吸收與散射法（氣液兩相濃度場、空燃比分布等）、激光誘導(dǎo)熾光法（碳煙）、紋影法，以及各種測量方法的組合和同時測量，具有普適性。
【專利說明】—種用于噴霧、燃燒、碳煙生成特性測試的多功能定容彈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱力發(fā)動機【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于燃油噴霧以及燃燒測試的定容彈，具體是一種可產(chǎn)生類似于內(nèi)燃式發(fā)動機缸內(nèi)氣體環(huán)境(壓力、溫度、成分)的裝置，可進行燃油噴霧的霧化、蒸發(fā)、混合氣形成、燃燒、碳煙生成等過程及其各種特性的測試和試驗。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機的燃油噴霧特性是影響發(fā)動機性能的最重要因素之一，而對于高壓直噴汽油機來說，噴霧特性對發(fā)動機燃燒與排放性能有很大的影響。因此，燃油噴射系統(tǒng)的噴霧特性的測試，對發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)有非常重要的意義。
[0003]在先進直噴汽油機燃燒系統(tǒng)的研發(fā)中，激光診斷技術(shù)、缸內(nèi)工作過程三維計算流體力學仿真和基于光學發(fā)動機的燃燒診斷技術(shù)三位一體，是匹配與優(yōu)化直噴燃燒系統(tǒng)中噴霧、氣流運動和燃燒室形狀的不可或缺的重要技術(shù)手段。而通過噴霧的激光診斷可實現(xiàn)對燃油霧化與蒸發(fā)過程進行可視化以及定量測量，為數(shù)值計算和建模提供實驗驗證進而提高模擬仿真的精確性，還為缸內(nèi)混合氣形成過程及燃燒診斷提供直觀的物理描述和解釋，其重要性不言而喻。噴霧的性能直接關(guān)系到缸內(nèi)燃油分布，從而決定燃燒的效率和有害物質(zhì)的生成。因此，開發(fā)高效、清潔的汽油直噴發(fā)動機，必須對直噴噴霧的霧化、蒸發(fā)和混合過程進行精確的測量。
[0004]定容彈是用來產(chǎn)生類似于發(fā)動機缸內(nèi)各工況下的一定壓力、溫度、成分的氣體的裝置。向特定溫度、壓力、成分的氣體中噴射燃油時，燃油將會霧化、蒸發(fā)，并與周圍氣體(通常是空氣)混合，形成混合氣。這時如果點燃混合氣，將開始燃燒，最后形成二氧化碳、水和微量的氮氧化物、碳煙等有害燃燒產(chǎn)物。因此，用帶有若干光學窗口的定容彈可以用光學的方法很方便地測出燃油噴霧的霧化特性、蒸發(fā)特性、燃燒特性、有害物生成特性。
[0005]先進噴霧燃燒測量要求定容彈:1)具有較大的溫度和壓力的可調(diào)范圍，2)可進行連續(xù)測量而不需中途間斷換氣，3)待測區(qū)域的流速梯度小和溫度場均勻，4)有較大觀察視角范圍以實現(xiàn)位相多普勒發(fā)射器和接收器的150度夾角的要求，5)整體緊湊便于復(fù)雜光路布置從而實現(xiàn)多物理量同時測量，6)光學窗口的玻璃受力受熱均勻以減小因不均勻變形導(dǎo)致的破損進而保證安全可靠。
[0006]目前大多數(shù)的定容彈的主要特點和局限性可以歸納為三點，簡述如下。
[0007]—是多為靜態(tài)系統(tǒng)。即在實驗前先往容彈內(nèi)部充入氣體，之后將容彈封閉進行單次實驗(如需對氣體加熱的話也在封閉條件下進行內(nèi)部加熱)，測試結(jié)束后將容彈內(nèi)部的油氣混合物放掉，準備下次實驗。這種結(jié)構(gòu)的容彈比較簡單，但實驗效率低下。因為在兩次實驗之間會出現(xiàn)間隔，需要充氣-加熱-放氣-再充氣-再加熱的反復(fù)循環(huán)，實驗費時長，目標溫度及其均勻性難以控制。
[0008]二是測試工況很難達到足夠高的溫度和壓力。比如目前增壓柴油機在上止點附近的溫度和壓力可達1100K、10MPa左右，而目前所設(shè)計的定容彈極少能達到增壓發(fā)動機缸內(nèi)燃燒前的溫度和壓力，從而限制了用定容彈進行柴油發(fā)動機缸內(nèi)噴霧、燃燒情況的模擬和測試，主要原因是高溫高壓測試工況下容彈各部分的受熱、受力不對稱，容易使容彈體產(chǎn)生變形進而使光學窗口的玻璃破碎而發(fā)生爆炸。
[0009]三是測試范圍不夠廣泛。即不能適用于各種條件下的噴霧和燃燒測試。在噴霧測試方面，多是由于結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計導(dǎo)致噴油器的位置以及光路的布置不能靈活調(diào)整；在燃燒測試方面，如上文所述，主要限于容彈內(nèi)的實驗溫度和壓力難以進一步提高。
[0010]比如，專利“一種噴霧測試定容容彈”(專利申請?zhí)枮?01010272629.3)，雖然聲稱可以實現(xiàn)連續(xù)測試，但是由于容彈結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，噴油器只能安裝在容彈上蓋上，光學窗口只能安裝在容彈周向。這樣的設(shè)計導(dǎo)致容彈可以進行噴霧的軸向平面光的測量，但是不能進行截面燃油落點分布的測量，也很難用位相多普勒(PDI)分析儀進行液滴粒徑測試，縮小了容彈的測試范圍；并且該容彈只能用于噴霧測試，不能用于燃燒測試，因為高溫高壓測試條件下容彈各部分的受力受熱不均而使強度安全得不到有效地保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有容彈設(shè)計存在的問題，本發(fā)明提出一種用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的多功能定容彈，有一定的連續(xù)換氣速度，可以實現(xiàn)連續(xù)測試，提高實驗效率；并且容彈內(nèi)的測試條件可以達到增壓柴油機燃燒前的溫度和壓力，進而可以進行高溫高壓下的噴霧、混合、燃燒等的測試；同時該容彈適用于包括噴霧的軸向平面光測試、截面燃油落點分布測試和液滴粒徑分布測試等在內(nèi)的各種噴霧特性測試以及燃燒測試、碳煙生成過程測試，具有普適性，并且可以進行復(fù)雜光路布置實現(xiàn)多物理量同時測量。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0013]一種用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，其特點在于，包括:本體、至少二個光學窗口。
[0014]所述的本體是正交多面體，每個面設(shè)有孔，且兩兩相對的兩個面的孔大小相同、互相貫通，構(gòu)成三個通孔，該三個通孔的軸線彼此垂直相交，該三個通孔相交的中間區(qū)域形成測試區(qū)域；所述的本體的各頂點附近分別設(shè)有通向該測試區(qū)域的通氣口。
[0015]所述的光學窗口包括一薄玻璃和一厚玻璃，二層玻璃之間存在空隙，且兩層玻璃分別安裝在各自固定器的固定槽內(nèi)，兩個固定器之間固定連接有絕熱環(huán)形墊片，該絕熱墊片上設(shè)有沿絕熱墊片徑向的通孔，用于連通測試區(qū)域以使兩層玻璃之間的氣體壓力與測試區(qū)域氣體壓力幾乎相等從而保證薄玻璃不承壓。在所述的厚玻璃和厚玻璃固定器之間的環(huán)周面放置隔熱墊，所述的厚玻璃和厚玻璃固定器接觸的端面設(shè)有第一 0型橡膠圈實現(xiàn)密封；整個光學窗口安裝定容彈本體上時，在厚玻璃固定器、絕熱環(huán)形墊片、薄玻璃固定器三者與本體的環(huán)周向形成第二空隙。
[0016]所述的厚玻璃固定器具有中心孔，該中心孔和厚玻璃一起用于觀察窗，固定器中心孔兩側(cè)設(shè)有楔形導(dǎo)光槽，所述的厚玻璃固定器穿過本體的孔并與本體固定連接，且厚玻璃固定器和本體的交接處設(shè)有第二 0型橡膠圈實現(xiàn)密封；
[0017]所述的厚玻璃固定器的導(dǎo)光槽兩側(cè)還設(shè)有倒斜角，以此進一步擴大測試光束的可移動范圍和角度變化范圍。
[0018]所述的定容彈在做缸內(nèi)噴霧測試時還包括第一端蓋，該第一端蓋上安裝有噴油器，第一端蓋穿過本體的孔并與本體固定連接，且其和本體的交接處設(shè)有0型橡膠圈實現(xiàn)密封。
[0019]所述的的定容彈在做燃油濕壁、碳煙生成特性等測試時還包括第二端蓋，該第二端蓋上含有測試壁面和油浴槽，第二端蓋穿過本體的孔并與本體固定連接，且其和本體的交接處設(shè)有0型橡膠圈實現(xiàn)密封。
[0020]所述的本體如果還有其余的孔，既不需要安裝光學窗口，也不需要安裝第一、第二端蓋，則安裝普通端蓋，其穿過本體的孔并與本體固定連接，并在其和本體的交接處設(shè)0型橡膠圈實現(xiàn)密封。
[0021]所述的端蓋與本體交接處設(shè)有墊塊，來調(diào)節(jié)端蓋以及連接在端蓋上的噴油器或測試壁面距離測試區(qū)域中心的距離。
[0022]所述的的定容彈在做高溫測試時還包括進氣加熱系統(tǒng)，進氣加熱系統(tǒng)分別固定連接在所述的本體的通氣口旁?？梢栽谶M氣通道外面加裝加熱器，進氣被加熱到設(shè)定溫度后經(jīng)四個進氣口連續(xù)地流入本體中的測試區(qū)域供測試之用，然后經(jīng)四個排氣口及時排出以保持容器內(nèi)的壓力和溫度恒定。
[0023]由于容彈本體六個面上的開口具有等效性，所以光學窗口和端蓋可以安裝在容彈本體的六個面的任意一個面上，光學窗口的個數(shù)(至少兩個)也可以根據(jù)測試需求而定，進而適應(yīng)于用光學手段進行各類噴霧、燃燒、碳煙生成等測試的需求，并且可以進行復(fù)雜光路布置實現(xiàn)多物理量同時測量。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)造簡單，加工方便，光學系統(tǒng)和噴射器的布置靈活方便。采用外部連續(xù)加熱連續(xù)換氣方式，可以進行連續(xù)測試，提高實驗效率。光學測試窗口采用雙層玻璃結(jié)構(gòu)及周圍空氣隔熱層的設(shè)計，對窗口起到有效的隔熱保護作用，可以進行高溫(1100K)高壓(12MPa)下的噴霧燃燒等的測試。窗口(光學玻璃固定器)上有導(dǎo)光槽和倒角結(jié)構(gòu)，加上容彈采用的是緊湊型設(shè)計，窗口與窗口之間的距離比較近，大大擴大了從窗口觀察測試區(qū)的視角，可達到位相多普勒粒徑和速度測量時發(fā)射光源與接收器的150度夾角的要求。容彈適用于高溫高壓下連續(xù)對噴霧、燃燒、碳煙生成等進行測量，可實現(xiàn)位相多普勒法(粒徑和速度測量)、平面激光誘導(dǎo)熒光(噴霧軸向平面燃油分布、噴霧截面燃油落點分布、燃燒中間產(chǎn)物濃度分布、氣液兩相速度場和濃度場等)、激光誘導(dǎo)磷光法(氣相和壁面的溫度分布)、激光吸收與散射法(氣液兩相濃度場、空燃比分布等測量)、激光誘導(dǎo)熾光法(碳煙)、紋影法(密度梯度)，以及各種測量方法的組合和同時測量，具有普適性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的多功能定容彈的裝配示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明中本體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2.1為本發(fā)明中本體的正截面示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的多功能定容彈的正截面圖；
[0029]圖3.1為圖3中A的局部放大圖；
[0030]圖4為本發(fā)明中厚玻璃固定器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4.1為本發(fā)明用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的多功能定容彈的水平截面圖；
[0032]圖5為本發(fā)明應(yīng)用于多物理量同時測量的示意圖；[0033]圖中:1-本體；11-測試區(qū)域；12、13-通氣口；2-光學窗口；21-薄玻璃；；22_厚玻璃；23-兩層玻璃之間的空隙(第一空隙)；231_光學窗口在本體上的安裝間隙(第二空隙)；24-厚玻璃固定器；241_楔形導(dǎo)光槽；242_倒斜角；243_倒斜角；244_凸臺；25_薄玻璃固定器；26_絕熱環(huán)形墊片；27_厚玻璃和其固定器之間的隔熱墊；28_第一 0型密封圈；29-第二 0型密封圈；3-端蓋；31_上端蓋(第一端蓋);311_噴油器；32_下端蓋(第二端蓋)；321-測試壁面；322_油浴槽；33_墊塊；41_PDI激光發(fā)射器；42_PDI激光接收器；51_高速激光發(fā)射器；52_柱面透鏡；53_高速相機；54_低速相機；55_反射鏡；56_凹透鏡；57_凸透鏡；58_凹面鏡；59_刀口 ；
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0035]本發(fā)明提供的一種用于噴霧、燃燒和碳煙生成特性測試的定容彈，裝配示意圖如圖1所示，主要包括:容彈本體1、光學窗口 2 (本實施例中共有四個，布置在周向，圖中顯示兩個)、端蓋3和進氣加熱系統(tǒng)(進氣加熱系統(tǒng)設(shè)置在本體每個進氣口的外部，使用定容彈做高溫測試時對進氣進行加熱，圖中未有顯示，下文有述)。其中四個光學窗口和兩個端蓋分別連接在本體的六個面上(本實施例以四個光學窗口安裝在周向、上方安裝第一端蓋、下方安裝第二端蓋為例進行說明)。第一端蓋上安裝有噴油器，第二端蓋上含有測試壁面和油浴槽(控制測試壁面溫度)，細節(jié)部分在圖1中未有顯示，見下文。
[0036]圖2為所述容彈的本體1的結(jié)構(gòu)示意圖，在正交六面體每個面上開出等大的開口，其中對著的面上的開口互相貫通，也就是說總共有三個大小一樣的通孔，對于加工而言十分方便，三個通孔相交的中間區(qū)域為測試區(qū)域11。在正交六面體的8個頂點附近開通向測試中心的通孔作為進排氣通道。在本實施例中，上方四個通道作為進氣通道，下方四個通道作為排氣通道。
[0037]圖2.1是上文所述的正交六面體(不包含進排氣道)被過中心點的豎直正截面切割之后三維結(jié)構(gòu)示意圖，用來更形象地說明本體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[0038]在本實施例中，本體周向安裝四個光學窗口，上面安裝安裝有噴油器的第一端蓋，可以進行噴霧的軸向片光測試、液滴粒徑測試(在下文詳述)、噴霧速度場測試等；下面再安裝含有測試壁面和油浴槽的第二端蓋，并且調(diào)節(jié)墊塊(見圖3)厚度來調(diào)節(jié)噴油器距離容彈測試區(qū)域中心的距離，可以進行燃油濕壁現(xiàn)象測試；
[0039]如果把噴油器連同上端蓋與任意一個光學窗口互換位置。則可以進行噴霧的截面燃油落點分布測試；
[0040]由于容彈本體上的開口具有等效性，所以光學窗口和端蓋可以安裝在容彈本體的六個面的任意一個面上，測試所需的噴油器或測試壁面可以連接在端蓋上并且可以用改變墊塊厚度的方法調(diào)節(jié)其距離容彈測試區(qū)域中心的距離。這樣，容彈可以根據(jù)測量光路的要求來確定端蓋和光學窗口的安裝位置和數(shù)量分配，適應(yīng)于用光學手段進行各類噴霧、燃燒、碳煙生成等測試的需求，具有一定的普適性，并且可以進行復(fù)雜光路布置實現(xiàn)多物理量同時測量(在圖5另一個實施例示意圖中詳述)。
[0041]進排氣通道采用結(jié)構(gòu)對稱的多通道設(shè)計，加上本體的對稱性結(jié)構(gòu)，保證了氣體流場分布的均勻性和本體受氣流加熱作用的均勻性，使得待測區(qū)域的流速梯度小、溫度場均勻，避免本體產(chǎn)生不均勻變形進而損壞窗口導(dǎo)致密封不嚴，這也保證了容彈在高溫高壓實驗條件下的安全性。
[0042]圖3也是經(jīng)過容彈本體中心點的豎直截面圖，這張圖是本實施例整個容彈的豎直截面圖，進排氣體主要流向用虛線和箭頭表示。
[0043]其中噴油器311到測試區(qū)域中心距離用墊塊33調(diào)節(jié)。其中油浴槽322通過在下端蓋上打出的的孔道(圖中未有顯示)連接到外部溫控油浴形成循環(huán)油路，這樣通過控制外部油浴的溫度來控制測試壁面321的溫度。在本實施例中直接把下端蓋深入本體的表面作為測試壁面，也可以另外在下端蓋上安裝其他材料的物體，把其裸露于測試區(qū)域內(nèi)的表面作為測試壁面。
[0044]下面用圖3在光學窗口部分的局部放大圖(放大區(qū)域是圖3中圓域A)圖3.1來說明光學窗口的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[0045]如圖3.1,光學窗口含有兩層石英玻璃，一薄一厚，二者之間存在第一空隙23,兩層玻璃安裝在各自的固定器的固定槽內(nèi)，并且之間放置一個絕熱環(huán)形墊片，兩個固定器與絕熱墊片之間可以通過螺釘?shù)确绞竭B接(圖中略去)。其中，在絕熱墊片26的下端沿著徑向打出直徑很小的通孔用于將容器內(nèi)的高溫高壓氣體導(dǎo)入兩層玻璃之間的空隙23中。厚玻璃22和其固定器24之間在環(huán)周面上安裝隔熱墊27，厚玻璃22和厚玻璃固定器24接觸的端面安裝有第一 0型橡膠圈28實現(xiàn)二者之間的密封；同樣的道理，整個光學窗口安裝在本體1上時，厚玻璃固定器24和本體1的徑向定位靠厚玻璃固定器上的凸臺結(jié)構(gòu)244實現(xiàn)，在厚玻璃固定器、絕熱環(huán)形墊片、薄玻璃固定器與本體的環(huán)周向存在第二空隙231，而在二者的交接處安裝有第二 0型橡膠圈29實現(xiàn)二者之間的密封。這樣容器測試區(qū)域11內(nèi)的高溫高壓氣體受到了薄玻璃21的阻擋，只能經(jīng)過窗口安裝間隙211和絕熱墊片的通孔進入兩層玻璃之間的小空隙23中，氣壓作用在厚玻璃的表面上，正好加強了厚玻璃22和厚玻璃固定器24接觸的端面處的密封效果(如果是負壓狀態(tài)，該密封處所需的正壓力由連接兩個固定器和絕熱墊片的連接件的預(yù)緊力提供)；薄玻璃21兩側(cè)都是高溫高壓氣體，承受熱負荷，但是不承受壓差；而對于厚玻璃，雖承受壓力，但是熱負荷很小，因為包圍厚薄玻璃之間的第一空隙23和窗口與本體環(huán)周向之間的第二空隙231不同于測試區(qū)域，內(nèi)部氣體的流動性很差，與厚玻璃的對流換熱很小，空隙內(nèi)的氣體恰恰形成了空氣隔熱層，阻止厚玻璃、厚玻璃固定器與周圍的傳熱，保證在沒有冷卻的情況下厚玻璃溫度能保持在許可范圍之內(nèi)。通過雙層玻璃的結(jié)構(gòu)和空氣隔熱層的設(shè)計，將熱負荷與力負荷分開，對玻璃窗口起到極大程度的保護作用，為窗口部分承受高溫高壓的實驗條件提供了保障。加上本體六個面上孔的等效性以及外部加熱方式(下文中詳述)，使得光學窗口的在本體上的安裝可以深入到測試區(qū)域邊緣，使得容彈整體結(jié)構(gòu)緊湊，緊湊的結(jié)構(gòu)便于復(fù)雜光路布置從而實現(xiàn)多物理量同時測量。
[0046]圖4為本發(fā)明的光學窗口部分厚玻璃的固定器的三維結(jié)構(gòu)示意圖，用以形象地說明上文提到的導(dǎo)光槽。圖4.1所示，在臨近光路的金屬框壁部分開出楔形導(dǎo)光槽241，倒斜角242、243等，通過這樣的細節(jié)設(shè)計，可以進一步擴大測試光束的可移動范圍和角度變化范圍，下文詳述。
[0047]圖4.1是本容彈實施例經(jīng)過本體中心點的水平截面圖，水平截面經(jīng)過四個光學窗口，用以詳述窗口固定器上的導(dǎo)光槽結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整體的緊湊結(jié)構(gòu)對擴大測試光束入射、接受角度范圍的作用(為了光路顯示清楚，略去了兩層玻璃上的剖面線)。以應(yīng)用位相多普勒干涉法(PDI)進行液滴粒徑和速度測量為例說明。應(yīng)用PDI進行測試時，要求入射光中心光線與接收光的夾角達到150°，對于周向窗口互為垂直布置的容彈而言有一定難度。即使勉強能達到150°的要求，由于發(fā)射器發(fā)出的光除中心入射光線外周邊還有與中心有很小夾角(最大約5° )的光線，使得有的入射光線很有可能在沿著固定器金屬壁邊緣附近，加上每束光本身有一定寬度，容易因衍射效果使得測試光路不精確。圖中241對應(yīng)圖4中的楔形導(dǎo)光槽，242、243是倒斜角的效果。在圖4.1中標出了夾角150度的入射光中心光線和接收光，以及入射中心光線周邊的兩條光線?？梢姡捎趯?dǎo)光槽和倒角的設(shè)計，以及容彈整體比較緊湊的結(jié)構(gòu)，使得150度夾角容易實現(xiàn)，并可以避免入射光與金屬邊緣太近導(dǎo)致的衍射現(xiàn)象，而且測試光束向一個方向有足夠的移動范圍，可以完成一般的噴霧液滴粒徑測試。
[0048]定容彈在使用中，如要進行高溫高壓測試，需要對進氣進行加熱?？梢栽诿總€進氣通道外面加裝加熱器，高壓氣體經(jīng)過加熱之后變成高溫高壓氣體通入本體內(nèi)部測試區(qū)域，然后經(jīng)四個排氣口及時排出以保持容器內(nèi)的壓力和溫度恒定。由于加熱方式是外部加熱，因此可以在一定的進氣流量下，通過調(diào)節(jié)加熱器功率來控制進氣溫度，實現(xiàn)高溫高壓下的連續(xù)測試。外部加熱的好處還在于容彈內(nèi)部的高溫高壓測試區(qū)域變得較小，整個容器的體積也可以做得比較小，不僅降低了出現(xiàn)意外情況的危險性，而且容彈緊湊的結(jié)構(gòu)有助于應(yīng)用位相多普勒干涉法(PDI)進行噴霧的液滴粒徑測試(上文中已提到)。
[0049]圖5中示意了如何利用本發(fā)明用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的多功能定容彈進行復(fù)雜光路布置進而實現(xiàn)多物理量同時測量，作為本發(fā)明在實際應(yīng)用中的另一個實施例，也可以說明本發(fā)明所述定容彈的光學窗口和端蓋在數(shù)量、位置分配上的靈活性。在本實施例中本體的六個面上的圓孔都安裝光學窗口(光學窗口在圖中略去)，上方四個進氣孔中通入燃油、空氣的混合氣，經(jīng)過測試區(qū)域后從下方四個排氣孔排出。圖中高速激光發(fā)射器51發(fā)射出來的激光束經(jīng)過柱面透鏡52之后變成片激光，配合高速相機53，可以實現(xiàn)利用粒子圖像法(PIV)測量噴霧速度場；片光照射油霧誘導(dǎo)的熒光信號被低速相機54接收，可以利用激光誘導(dǎo)熒光法測量截面燃油質(zhì)量分布、汽液兩相濃度分布(需要加裝針對氣相和液相信號的濾鏡，圖中略去)；高速激光器51發(fā)射出來的激光束經(jīng)過凹透鏡56和凸透鏡57的組合達到擴束效果，通過測試區(qū)域之后在另一端經(jīng)過凹面鏡58聚焦，在焦點處放置一刀口59，用于遮擋正好通過焦點的光線，后方用高速相機53接收剩余光信號，可以利用紋影法測量油霧和蒸汽的密度變化；PDI激光發(fā)射器41和接收器42配合完成位相多普勒法測量油霧液滴速度和粒徑。
[0050]正是基于上文中詳述的本發(fā)明中容彈本體和光學窗口的設(shè)計，才實現(xiàn)了本實施例中的復(fù)雜光路布置進而實現(xiàn)多物理量同時測量。本發(fā)明的實施例還有很多，比如在本實施例的基礎(chǔ)上，把不需要測量的物理量對應(yīng)的光學窗口換成端蓋安裝在原窗口位置即可。
【權(quán)利要求】
1.一種用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，其特征在于，包括:本體(1)和至少二個光學窗口(2)；所述的本體是正交多面體，每個面設(shè)有孔，且兩兩相對的兩個面的孔大小相同、互相貫通，構(gòu)成三個通孔，該三個通孔的軸線彼此垂直相交，該三個通孔相交的中間區(qū)域形成測試區(qū)域；所述的本體的各頂點附近分別設(shè)有通向該測試區(qū)域的通氣口(12、13)；所述的光學窗口包括一薄玻璃(21)和一厚玻璃(22)，二層玻璃之間存在空隙(23)，且兩層玻璃分別安裝在各自固定器的固定槽內(nèi)，兩個固定器之間固定連接有絕熱環(huán)形墊片(26)，該絕熱墊片上設(shè)有沿絕熱墊片徑向的通孔，用于連通測試區(qū)域，以使兩層玻璃之間的氣體壓力與測試區(qū)域內(nèi)氣體壓力相等；所述的厚玻璃(22)和厚玻璃固定器(24)接觸的端面設(shè)有第一 0型橡膠圈(28)實現(xiàn)密封；厚玻璃固定器(24)具有中心孔，該中心孔的兩側(cè)設(shè)有楔形導(dǎo)光槽(241)，所述的厚玻璃固定器(24)安裝在本體(1)的孔上并與本體(1)固定連接，且厚玻璃固定器(24)和本體(1)的交接處設(shè)有第二 0型橡膠圈(29)實現(xiàn)密封；在所述的厚玻璃固定器、絕熱環(huán)形墊片和薄玻璃固定器三者與本體的環(huán)周向形成第二空隙(231)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，其特征在于，在所述的厚玻璃固定器的導(dǎo)光槽上還設(shè)有倒斜角(242)，以此擴大測試光束的可移動范圍和角度變化范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，其特征在于，還包括第一端蓋(31)，該第一端蓋安裝在本體的孔上并與本體固定連接，且該第一端蓋上安裝有噴油器(311)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，其特征在于，還包括第二端蓋(32)，該第二端蓋安裝在本體的孔上并與本體固定連接，且該第二端蓋上含有油浴槽(322)和測試壁面(321)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于噴霧、燃燒和碳煙生成測試的定容彈，其特征在于，所述的端蓋與本體交接處設(shè)有墊塊(33)，來調(diào)節(jié)連接在端蓋上的噴油器或測試壁面距離測試區(qū)域中心的距離。
【文檔編號】G01N21/01GK103698274SQ201310717167
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】張玉銀, 林柏洋, 吳勝奇, 李世琰 申請人:上海交通大學