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一種球形多功能定容彈的制作方法
【專利摘要】一種球形多功能定容彈，包括：一個(gè)外形為球形的本體和在該本體上具有2個(gè)以上的窗孔，各個(gè)窗孔的軸線相交于本體的球心，球心附近區(qū)域是中空的測試區(qū)域，在所述的窗孔之間有指向測試區(qū)域的通孔。本發(fā)明構(gòu)造簡單，加工方便，結(jié)構(gòu)緊湊，彈體重量輕卻能承受較高強(qiáng)度；測試區(qū)域溫度場均勻，容彈所有密封件采用非冷卻密封；內(nèi)部溫度和壓力較容易控制，能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下的連續(xù)測試；光學(xué)系統(tǒng)和噴射器布置靈活，測試范圍廣泛，能夠?qū)婌F、蒸發(fā)、混合、燃燒、碳煙生成等實(shí)現(xiàn)平面激光誘導(dǎo)熒光、激光吸收與散射法、位相多普勒法、紋影法、米氏散射等多種測試方法，以及各種測試方法的組合和同時(shí)測量，測試光路可以成任意角度布置，具有普適性。
【專利說明】一種球形多功能定容彈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱力發(fā)動機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于燃油噴霧和燃燒測試的定容容器，具體是一種可產(chǎn)生類似于熱力發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)氣體環(huán)境(壓力、溫度、成分)的裝置，適合燃油噴霧的霧化、蒸發(fā)、混合氣形成、燃燒等過程及其各種特性的光學(xué)測試和試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱力發(fā)動機(jī)的燃油噴霧特性是影響發(fā)動機(jī)性能的最重要因素之一，而對于高壓直噴汽油機(jī)、柴油機(jī)、液體燃料沖壓發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等來說，燃油的霧化特性、蒸發(fā)特性、混合特性幾乎決定了發(fā)動機(jī)著火、燃燒及排放等重要性能。因此，獲得并掌握燃油噴霧的霧化、蒸發(fā)、混合等特性，對先進(jìn)發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有至關(guān)重要的意義。
[0003]在先進(jìn)發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)的研發(fā)中，激光診斷技術(shù)、燃燒室內(nèi)工作過程三維計(jì)算流體力學(xué)仿真和基于光學(xué)發(fā)動機(jī)的燃燒診斷技術(shù)三位一體，是匹配與優(yōu)化燃燒系統(tǒng)中噴霧、氣流運(yùn)動和燃燒室形狀的不可或缺的重要技術(shù)手段。而通過燃料噴霧、燃燒的激光診斷可實(shí)現(xiàn)對燃油霧化、蒸發(fā)、混合、燃燒過程進(jìn)行可視化以及定量測量，為數(shù)值計(jì)算和建模提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)而提高模擬仿真的精確性，還為燃燒室內(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)系到燃燒室內(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、清潔的發(fā)動機(jī)，必須對直噴噴霧的霧化、蒸發(fā)和混合過程進(jìn)行精確的測量。
[0004]定容彈是用來產(chǎn)生類似于發(fā)動機(jī)燃燒室內(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(shí)，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(shí)如果點(diǎn)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(xué)窗口的定容彈可以用光學(xué)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(jìn)噴霧燃燒測量對定容彈的要求如下:
[0006]I)具有足夠的強(qiáng)度，能承受:聞溫聞壓；
[0007]2)溫度場均勻、內(nèi)流速度低，內(nèi)部溫度和壓力較容易控制；
[0008]3)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，可實(shí)現(xiàn)多種基本光學(xué)測試功能；
[0009]4)可進(jìn)行連續(xù)測量而不需中途間斷換氣；
[0010]5)整體緊湊便于復(fù)雜光路布置從而實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量。
[0011]目前大多數(shù)定容彈的主要特點(diǎn)和局限性可以歸納為三點(diǎn)，簡述如下:
[0012]一是多為靜態(tài)系統(tǒng)。即在實(shí)驗(yàn)前先往定容彈內(nèi)部充入氣體，之后將定容彈封閉進(jìn)行單次實(shí)驗(yàn)(如需對氣體加熱的話也在封閉條件下進(jìn)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(zhǔn)備下次實(shí)驗(yàn)。這種結(jié)構(gòu)的定容彈多裝有內(nèi)部加熱部件，目標(biāo)溫度及其均勻性難以控制。并且兩次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)長，實(shí)驗(yàn)效率低下。
[0013]二是定容彈體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，承受強(qiáng)度卻不高，比如柴油機(jī)在上止點(diǎn)附近時(shí)燃燒室內(nèi)壓力可達(dá)IOMPa左右，而目前所設(shè)計(jì)的定容彈即使能承受這樣的強(qiáng)度，彈體也結(jié)構(gòu)復(fù)雜且笨重，加工不便。
[0014]三是測試范圍不夠廣泛。即不能適用于各種光學(xué)測試，主要是難以實(shí)現(xiàn)截面燃油落點(diǎn)分布測試以及用位相多普勒(PDI/PDA)分析儀進(jìn)行液滴粒徑測試，也不便進(jìn)行各種不同角度的光路布置和復(fù)雜光路布置實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量。這多是由于彈體結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)導(dǎo)致噴油器的位置以及光路的布置不能靈活調(diào)整。
[0015]比如，專利“一種噴霧測試定容彈”(專利申請?zhí)枮?01010272629.3)，雖然聲稱可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測試，但是由于容彈結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，噴油器只能安裝在容彈上蓋上，光學(xué)窗口只能安裝在容彈周向。導(dǎo)致容彈只可以進(jìn)行噴霧的軸向平面光的測量，不能進(jìn)行截面燃油落點(diǎn)分布的測量，也很難用位相多普勒(PDI)分析儀進(jìn)行液滴粒徑測試，縮小了容彈的測試范圍。
[0016]本發(fā)明人在專利申請“一種用于噴霧、燃燒、碳煙生成特性測試的多功能定容彈”(專利申請?zhí)枮?01310717167.5)中也公開了一種用于噴霧燃燒測試的定容彈，雖然這種定容彈可以實(shí)現(xiàn)高溫高壓下的連續(xù)測試，而且噴油器和光學(xué)窗口的位置可以根據(jù)測試需求靈活調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)截面燃油落點(diǎn)分布測試、用位相多普勒(PDI/PDA)分析儀進(jìn)行液滴粒徑測試等光學(xué)測試以及復(fù)雜光路布置實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量。但是，由于容彈本體仍采用常規(guī)的正交多面體設(shè)計(jì)，導(dǎo)致各個(gè)窗口軸線之間的夾角局限在90°或180°，很難實(shí)現(xiàn)任意角度的光路布置，比如基于米氏散射光強(qiáng)對角度的依存性測量粒徑；專利中提到的用該定容彈實(shí)現(xiàn)位相多普勒(PDI/PDA)分析儀進(jìn)行液滴粒徑測試(要求入射光與相機(jī)軸線成150°夾角)也是借助于玻璃固定器上的導(dǎo)光槽、倒角結(jié)構(gòu)，測量范圍受到限制，并且此時(shí)入射光和出射光都不是垂直通過石英玻璃，光線在玻璃中的折射會對測試產(chǎn)生一定的誤差。再者，在一定的可視化窗口大小和承受高溫高壓的強(qiáng)度下，正交多面體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會使得本體結(jié)構(gòu)笨重(在下文詳述)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]針對上述現(xiàn)有容彈的不足，本發(fā)明提出一種球形多功能定容彈。該定容彈結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，重量輕卻能承受高強(qiáng)度；便于包括噴霧的軸向平面光測試、截面燃油落點(diǎn)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；結(jié)構(gòu)緊湊，能進(jìn)行任意角度光路布置和復(fù)雜光路布置實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量；可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測試，提聞實(shí)驗(yàn)效率。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0019]一種球形多功能定容彈，特征在于其構(gòu)成包括:一個(gè)外形為球形的本體和在該本體上具有2個(gè)以上的窗孔，各個(gè)窗孔的軸線相交于本體的球心，球心附近區(qū)域是中空的測試區(qū)域，在所述的窗孔之間有指向測試區(qū)域的通孔。
[0020]所述的窗孔包括上窗孔、下窗孔和三個(gè)周邊窗孔，所述的上窗孔和下窗孔的窗口平面相互平行，所述的周邊窗孔的窗口平面與上窗孔、下窗孔的窗口平面垂直。
[0021]每一個(gè)窗孔可以由玻璃、O型橡膠圈和玻璃固定器與所述的本體密封連接構(gòu)成光學(xué)窗口，或者由端蓋、墊塊、O型橡膠圈與本體密封連接構(gòu)成測試壁面，或者由噴油器、安裝塊、O型橡膠圈與本體密封連接構(gòu)成噴射系統(tǒng)，其中光學(xué)窗口的數(shù)量是兩個(gè)以上。[0022]所述的窗孔軸線之間的夾角為30°、90°、180°或其它角度。
[0023]所述的通孔為進(jìn)氣通道、排氣通道或安裝儀器的通道。
[0024]所述的定容彈在做高溫測試時(shí)，還包括進(jìn)氣加熱系統(tǒng)，進(jìn)氣加熱系統(tǒng)分別固定連接在所述的本體的進(jìn)氣通道旁。在進(jìn)氣通道外面加裝功率可調(diào)的加熱器，進(jìn)氣被加熱到設(shè)定溫度后經(jīng)進(jìn)氣通道連續(xù)地流入本體中的測試區(qū)域供測試之用，然后經(jīng)排氣通道及時(shí)排出以保持容器內(nèi)的壓力和溫度恒定。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0026](I)由于本發(fā)明定容彈采用球形本體，可以很方便地加工出互成任意角度的平面，平面的個(gè)數(shù)、相互之間的方向完全根據(jù)需求而定，并且每個(gè)平面形狀都是圓面，便于開通圓形窗孔以安裝光學(xué)窗口、測試壁面或噴射系統(tǒng)；光學(xué)窗口的個(gè)數(shù)(至少兩個(gè))也可以根據(jù)測試需求而定，并且容彈可以以任意角度放置，進(jìn)而適應(yīng)于布置各種方向的光路，以實(shí)現(xiàn)包括軸向平面光測試、截面燃油落點(diǎn)分布測試和液滴粒徑分布測試等在內(nèi)的各種光學(xué)測試，滿足用光學(xué)手段進(jìn)行各類噴霧、燃燒、碳煙生成特性等測試的需求。
[0027](2)由于本發(fā)明定容彈采用球形本體，所以結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)造簡單，加工方便，彈體重量輕卻能承受較高強(qiáng)度(具體情況會在下文實(shí)施例中說明)；緊湊的結(jié)構(gòu)也使得窗口與窗口之間的距離比較近，這有助于進(jìn)行復(fù)雜光路布置從而實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量。
[0028](3)由于本發(fā)明定容彈是球體結(jié)構(gòu)，所以進(jìn)排氣孔道的布置和加工也非常方便，可以在本體上窗孔之間的多處部位加工出指向測試區(qū)域的通孔作為進(jìn)排氣道，以保證測試區(qū)域內(nèi)流速度低、溫度場均勻。測試所需的傳感器、點(diǎn)火電極等也可以沿著通孔布置，指向球心附近的測試區(qū)域。
[0029]在進(jìn)氣通道外部采用連續(xù)加熱連續(xù)換氣方式，可以進(jìn)行連續(xù)測試，提高實(shí)驗(yàn)效率。
[0030]本發(fā)明定容彈適用于高溫高壓下連續(xù)對噴霧、蒸發(fā)、混合、燃燒、碳煙生成等進(jìn)行測試，測試范圍包括:
[0031]I)要求入射光與相機(jī)軸線成90°夾角的有:平面激光誘導(dǎo)熒光(噴霧截面燃
[0032]油落點(diǎn)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
[0033]誘導(dǎo)磷光法(氣相和壁面的溫度分布)，激光誘導(dǎo)熾光法(碳煙)；
[0034]2)要求入射光與相機(jī)軸線成150°夾角的有:位相多普勒法(粒徑和速度測
[0035]量)；
[0036]3)要求入射光與相機(jī)軸線成180°夾角的有:激光吸收與散射法(氣液兩相
[0037]濃度場、空燃比分布等測量)，紋影法(密度梯度)；
[0038]4)其他任意角度:米氏散射法(粒徑等)，折射(油膜厚度)，以及各種測量
[0039]方法的組合和同時(shí)測量等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明球形多功能定容彈的外觀示意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明球形多功能定容彈的本體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2.1為本發(fā)明本體的水平截面三維圖；
[0043]圖2.2為本發(fā)明本體的水平截面剖面圖；
[0044]圖3為用本發(fā)明定容彈在入射光線和相機(jī)軸線成90°時(shí)的布置圖；[0045]圖4為本發(fā)明定容彈在入射光線和相機(jī)軸線成150°時(shí)的布置圖；
[0046]圖5為本發(fā)明定容彈在入射光線和相機(jī)軸線成180°時(shí)的布置圖；
[0047]圖6為用本發(fā)明定容彈實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量時(shí)的復(fù)雜光路布置圖；
[0048]圖7為本發(fā)明定容彈另一個(gè)實(shí)施例的本體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖7.1為本發(fā)明定容彈另一個(gè)實(shí)施例下的一般光路布置圖；
[0050]圖中:1_本體；10-測試區(qū)域；11、12、13、14-通孔；Ia-本體上平面；Ib-本體下平面；lc、ld、le-本體周向平面；If-本體上平面(另一實(shí)施例)；lg、lh、lk-本體周向平面(另一實(shí)施例)；2_光學(xué)窗口 ；3_安裝塊；40_激光發(fā)射器；41-片激光發(fā)射器；42-相機(jī)；43-PDI激光發(fā)射器；44-PDI激光接收器；45_凹透鏡；46_凸透鏡；47_凹面鏡；48_刀口 ；49-噴霧液滴；α、β -散射角；
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0052]先請參閱圖1、圖2，圖1為本發(fā)明球形多功能定容彈的外觀示意圖，圖2為本發(fā)明球形多功能定容彈的本體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2.1為圖2本體的水平截面三維圖，圖2.2為圖2本發(fā)明實(shí)施例1本體的水平截面剖面圖，由圖可見，本發(fā)明球形多功能定容彈，包括:一個(gè)外形為球形的本體I和在該本體I上具有2個(gè)以上的窗孔，各個(gè)窗孔的軸線相交于本體I的球心，球心附近區(qū)域是中空的測試區(qū)域，在所述的窗孔之間有指向測試區(qū)域的通孔11、12。
[0053]本發(fā)明提供的一種球形多功能定容彈，外觀示意圖如圖1所示，主要包括:容彈本體I (本實(shí)施例中本體上有五個(gè)窗孔，下文詳述)、光學(xué)窗口 2 (本實(shí)施例中共有三個(gè),布置在周向)、安裝塊3 (本實(shí)施例中上方窗孔安裝由噴油器、安裝塊、O型橡膠圈組成的噴射系統(tǒng)，噴油器連接在安裝塊上，圖中未有顯示；下方窗孔安裝由端蓋、墊塊、O型橡膠圈組成的測試壁面，圖中未有顯示)和進(jìn)氣加熱系統(tǒng)(進(jìn)氣加熱系統(tǒng)設(shè)置在本體每個(gè)進(jìn)氣口的外部，使用定容彈做高溫測試時(shí)對進(jìn)氣進(jìn)行加熱，圖中未有顯示，下文有述)。其中三個(gè)光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)和測試壁面分別連接在本體的五個(gè)面的窗孔上。
[0054]圖2為本實(shí)施例中所述容彈本體I的結(jié)構(gòu)示意圖，在球體上加工出距離球心等距的五個(gè)平面，每個(gè)平面形狀都是等大的圓面，其中有兩個(gè)平面成180°相對(即圖中上平面Ia和下平面Ib)，有三個(gè)平面互成90°垂直(即圖中平面la、lc、ld，或平面lb、lc、ld)，有兩個(gè)平面夾角成30° (法線成150°夾角，即圖中平面Ie和平面lc，在圖2.2中注明)；在相對的兩個(gè)面la、lb上開貫通孔，另外三個(gè)面上也開出等大的孔與貫通孔連通，開孔方向垂直于平面且指向球體中心，這幾個(gè)孔(且命名為窗孔，以免與之后的進(jìn)排氣孔混淆)相交的中間區(qū)域形成測試區(qū)域10 ;在本體上窗孔之間的多處部位沿著球體中心方向開出通孔作為進(jìn)排氣孔或用來安裝傳感器、點(diǎn)火電極等，如圖中的11、12、13、14部位(13、14在圖2中未有顯示，在圖4、圖5中有顯示)。
[0055]圖2.1、圖2.2是上述的球形本體(不包含進(jìn)排氣道)被過球心的水平截面切割之后的形狀，圖2.1是三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖2.2是剖面圖，用來更形象地說明本實(shí)施例中的本體結(jié)構(gòu)。
[0056]這樣的球形本體相對于一般的正交多面體設(shè)計(jì)，由于結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣的可視化窗口尺寸下，彈體重量輕卻能承受同等壓力和溫度。比如在本實(shí)施例中，可視化部分直徑是100mm，本體的設(shè)計(jì)壓力和溫度是6MPa，800K，而本體質(zhì)量僅為32kg，單位質(zhì)量下的本體的承壓和耐溫約為0.19MPa/kg, 25K/kg ;對于一般的正交多面體結(jié)構(gòu)，比如本發(fā)明人在專利申請“一種用于噴霧、燃燒、碳煙生成特性測試的多功能定容彈”(專利申請?zhí)枮?01310717167.5)中公開的一種用于噴霧燃燒測試的定容彈，在同等的可視化直徑IOOmm下，本體的承壓耐溫為12MPa、1100K，但此時(shí)本體質(zhì)量約160kg，單位質(zhì)量下的本體的承壓和耐溫比較低，僅為0.075MPa/kg，6.875K/kg，遠(yuǎn)低于球形本體結(jié)構(gòu)，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本增加。
[0057]在本實(shí)施例中，本體周向安裝三個(gè)光學(xué)窗口，上方窗孔安裝由噴油器、安裝塊、O型橡膠圈組成的噴射系統(tǒng)，下方窗孔安裝由端蓋、墊塊、O型橡膠圈組成的測試壁面，可以實(shí)現(xiàn)上文提到的入射光線和相機(jī)軸線成90°、150°布置時(shí)的測試功能，也可以進(jìn)行燃油濕壁現(xiàn)象測試及油膜燃燒測試。如果把周向平面lc、ld、le中的任意一個(gè)當(dāng)做底面，就把180°相對的上下兩個(gè)平面Ia和Ib調(diào)整到了水平方向，就便于實(shí)現(xiàn)入射光與相機(jī)軸線成180°角的光學(xué)測試。下面分別【專利附圖】

【附圖說明】。
[0058]圖3是用本發(fā)明第一實(shí)施例，定容彈進(jìn)行入射光線和相機(jī)軸線成90°的光路布置和相應(yīng)測試(為了顯示光路，圖中略去了光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)和測試壁面)，片激光發(fā)射器41發(fā)射的片激光由Id面進(jìn)入，光信號被相機(jī)從Ic面接收，可以實(shí)現(xiàn)平面激光誘導(dǎo)熒光(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)，激光誘導(dǎo)熾光法(碳煙)等測試方法。
[0059]圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例，定容彈進(jìn)行入射光線和相機(jī)軸線成150°的光路布置和相應(yīng)測試(為了顯示光路，圖中略去了光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)和測試壁面)，在法線成150°的兩個(gè)窗孔面(lc、le)外面布置PDI激光發(fā)射器43和PDI接收器44，可以實(shí)現(xiàn)位相多普勒法(roi)測量噴霧液滴的粒徑和速度。
[0060]圖5是本發(fā)明第三實(shí)施例，定容彈進(jìn)行入射光線和相機(jī)軸線成180°的光路布置和相應(yīng)測試(為了顯示光路，圖中略去了光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)和測試壁面)。把本體翻轉(zhuǎn)，Id作為底面，激光器40發(fā)射出來的激光束經(jīng)過凹透鏡45和凸透鏡46的組合達(dá)到擴(kuò)束效果，光束在對側(cè)面Ib面外經(jīng)凸透鏡46匯聚后被相機(jī)42接收，可以實(shí)現(xiàn)激光吸收與散射法(氣液兩相濃度場、空燃比分布等測量)。
[0061]由于容彈本體各個(gè)面上的窗孔具有等效性，所以光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)和測試壁面可以安裝在容彈本體上的任意一個(gè)面上，光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)和測試壁面的安裝位置和數(shù)量分配(光學(xué)窗口的數(shù)量是兩個(gè)以上)也完全根據(jù)測試需求而定，適用于光學(xué)手段進(jìn)行各類噴霧燃燒測試，具有一定的普適性，并且可以進(jìn)行復(fù)雜光路布置實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量。
[0062]圖6是本發(fā)明第四實(shí)施例，如何利用本實(shí)施例進(jìn)行復(fù)雜光路布置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多物理量同時(shí)測量，圖中球形本體的五個(gè)面上的圓孔都安裝光學(xué)窗口(光學(xué)窗口在圖中略去)，上方進(jìn)氣孔11中通入燃油、空氣的混合氣，經(jīng)過測試區(qū)域后從下方排氣孔12排出。圖中片激光發(fā)射器41發(fā)射片激光，配合相機(jī)42，可以實(shí)現(xiàn)利用粒子圖像法(PIV)測量噴霧速度場或激光誘導(dǎo)熒光法測量截面燃油質(zhì)量分布、汽液兩相濃度分布；PDI激光發(fā)射器43和接收器44配合完成位相多普勒法測量油霧液滴速度和粒徑；激光器40發(fā)射出來的激光束經(jīng)過凹透鏡45和凸透鏡46的組合達(dá)到擴(kuò)束效果，通過測試區(qū)域之后在另一端經(jīng)過凹面鏡47聚焦，在焦點(diǎn)處放置一刀口 48，用于遮擋正好通過焦點(diǎn)的光線，后方用相機(jī)42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。
[0063]對于前面提到的正交多面體結(jié)構(gòu)的定容彈本體，測試功能方面，也可以實(shí)現(xiàn)前面所述的入射光線和相機(jī)軸線成90°、180°的光路布置以及復(fù)雜光路布置；入射光線和相機(jī)軸線成150°的光路布置可以勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)，但是存在光線折射的問題(前文中有提到)。對于更一般角度的光路布置和測試比如基于米氏散射光強(qiáng)對角度的依存性進(jìn)行粒徑測試，利用正交多面體結(jié)構(gòu)的定容彈本體則很難實(shí)現(xiàn)，而本發(fā)明定容彈中的球形本體則可以實(shí)現(xiàn)任意角度的光路布置，因?yàn)樵谇蝮w的基礎(chǔ)上可以加工出互成任意角度的平面和窗孔，并保證各個(gè)平面離球心的距離相等且各平面軸線相交于球心。
[0064]圖7、7.1不意在球形本體基礎(chǔ)上的另外一個(gè)實(shí)施例以及光路布置(為了光路顯不方便，圖中略去了窗孔、光學(xué)窗口、噴射系統(tǒng)、測試壁面以及進(jìn)排氣孔)，用以說明球形結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)任意一般方向的光路布置，實(shí)現(xiàn)基于米氏散射光強(qiáng)對角度的依存性的液滴粒徑測試。在該實(shí)施例本體上有4個(gè)平面(lf，lg, lh, Ik)，上平面If上的窗孔安裝由噴油器、安裝塊、O型橡膠圈組成的噴射系統(tǒng)；lg、lh和Ik平面垂直于If平面，但是三者之間可以成任意角度，具體角度根據(jù)測試需求(感興趣的散射方向)而定，三者的窗孔上安裝光學(xué)窗口。
[0065]本實(shí)施例可以完成光路成一般角度下的測試，比如基于米氏散射光強(qiáng)對角度的依存性的粒徑測試見圖7.1。入射光線從Ig面進(jìn)入，在碰到液滴49之后在各個(gè)方向發(fā)生散射，從lh、lk面出來的散射光被相機(jī)接收。球形本體結(jié)構(gòu)使得平面可以沿任意方向布置，所以可以根據(jù)需求在特定方向設(shè)計(jì)平面、窗孔，實(shí)現(xiàn)任意角度的光路布置，在本實(shí)施例中即散射角α、β可以任意變化。
[0066]由于是球體結(jié)構(gòu)，所以進(jìn)排氣孔道的布置和加工也非常方便，可以在窗孔之間的球體表面任意位置開孔指向測試區(qū)域形成多個(gè)進(jìn)排氣通道，以保證測試區(qū)域內(nèi)流速低、溫度場均勻。并且測試所需的傳感器、點(diǎn)火電極等也可以沿著通孔布置，指向球心附近的測試區(qū)域。而對于前面提到的正交多面體結(jié)構(gòu)的定容彈本體，進(jìn)排氣孔在本體上的位置基本局限在多面體的頂點(diǎn)附近，給傳感器、點(diǎn)火電極等部件的布置帶來不便。
[0067]定容彈在使用中，如要進(jìn)行高溫高壓測試，需要對進(jìn)氣進(jìn)行加熱?？梢栽谶M(jìn)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)排氣口及時(shí)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(jìn)氣流量下，通過調(diào)節(jié)加熱器功率來控制進(jìn)氣溫度，使得測試區(qū)域的溫度場較均勻，實(shí)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(gè)容器的體積也可以做得比較小，降低了出現(xiàn)意外情況的危險(xiǎn)性。
【權(quán)利要求】
1.一種球形多功能定容彈，特征在于其構(gòu)成包括:一個(gè)外形為球形的本體(I)和在該本體(I)上具有兩個(gè)以上的窗孔，各個(gè)窗孔的軸線相交于本體(I)的球心，球心附近區(qū)域是中空的測試區(qū)域，在所述的窗孔之間有指向測試區(qū)域的通孔(11、12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形多功能定容彈，其特征在于所述的窗孔包括上窗孔、下窗孔和三個(gè)周邊窗孔，所述的上窗孔和下窗孔的窗口平面相互平行，所述的周邊窗孔的窗口平面與上窗孔、下窗孔的窗口平面垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窗孔，其特征在于，所述的窗孔密封連接有由玻璃、O型橡膠圈和玻璃固定器構(gòu)成的光學(xué)窗口(2)，或者由端蓋、墊塊和O型橡膠圈構(gòu)成的測試壁面，或者由噴油器、安裝塊(3)和O型橡膠圈構(gòu)成的噴射系統(tǒng)，其中光學(xué)窗口(2)的數(shù)量是兩個(gè)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形多功能定容彈，其特征在于，所述的窗孔軸線之間的夾角為30°、90°、180°或其它角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的球形多功能定容彈，其特征在于所述的通孔為進(jìn)氣通道、排氣通道或安裝儀器的通道。
【文檔編號】G01N21/00GK103926196SQ201410178854
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】張玉銀, 林柏洋, 梁毅, 李世琰 申請人:平湖瓦愛樂發(fā)動機(jī)測試技術(shù)有限公司