一種定容燃燒彈及液體燃料燃燒性能測試方法
【專利摘要】本發明公開一種定容燃燒彈及液體燃料燃燒性能測試方法，定容燃燒彈包括燃燒彈、蒸發器、加熱裝置、真空抽吸設備，蒸發器的出料口與燃燒彈通過出料管連接，出料管管路上安裝有流量控制閥；本方法將液體燃料完全蒸發成氣體，再通過分壓法精確計算進入定容燃燒彈內的燃料量，同時利用高精度電子壓力表實現配氣，達到精確控制定容燃燒彈內可燃混合氣空燃比的目的。本發明定容燃燒器操作方便，控制精準。本發明利用充分利用現有的設備，通過合理的運用，實現了在燃燒彈中燃燒液體燃料并精確控制可燃混合氣當量比的目的。
【專利說明】一種定容燃燒彈及液體燃料燃燒性能測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料燃燒性能測試領域，涉及一種定容燃燒彈，具體涉及一種針對液體燃料燃燒性能測試的定容燃燒彈；同時，本發明還涉及利用該定容燃燒彈對液體燃料進行燃燒性能測試的方法。
【背景技術】
[0002]為了節約能源和降低車用發動機的排放，國內外的學者都致力于新技術、新模型的開發與研究，來應對日益嚴峻的能源短缺與嚴格的排放法規的現狀。對于發動機本身的優化設計，研究者們歸根結底是研究發動機的燃燒機理，從根本上解決發動機的燃燒問題，以提高發動機的動力性、經濟型和排放性。而局限于發動機燃燒空間是密閉的，研究者們無法直觀的觀察燃燒過程，為燃燒機理的研究帶來了困難。
[0003]為了解決這個問題，定容燃燒彈就應運而生了。定容燃燒彈是用于研究預混燃燒的密閉容器，以模擬發動機在上止點附近的燃燒，其特點是結構簡單，能夠方便的改變熱力學參數、湍流參數和點火參數，是對燃料燃燒理論基礎研究的重要工具。火焰燃燒速度、傳播速度、火焰燃燒的穩定性、燃燒壓力等都可以通過定容燃燒彈加上輔助測試設備得到，為燃燒機理的研究提供了很大方便。
[0004]近年來，國內外學者對于定容燃燒彈的研究進展取得了一系列研究成果，研究內容包括進行甲燒一空氣燃燒速度、湍流參數、火焰淬熄等燃燒參數的計算研究；研究了異辛烷和正庚烷在不同壓力和溫度下的層流燃燒速度和湍流參數；研究了外擴散火焰的細胞不穩定性和自加速性；利用定容燃燒彈模擬天然氣直噴，進行了天然氣一氫氣一空氣混合氣燃燒特性的研究；在燃燒彈中放置擋塊，模擬天然氣直噴發動機燃燒室形狀，研究了燃燒室形狀對天然氣噴霧的影響。
[0005]可以看出，在定容燃燒彈方面的研究主要集中在發動機代用燃料的燃燒特性及燃燒機理的基礎研究，而對于現階段發動機主要的燃料一汽油和柴油的基礎研究少之又少。
[0006]近幾年來，國內外的學者也意識到了這一點，因此也開始致力于進行定容燃燒彈的改進研究，使定容燃燒彈能進行汽油與柴油的燃燒成為了可能。
[0007]已有學者研制出了預混燃燒加熱式定容燃燒彈噴霧燃燒診斷試驗系統，并進行了柴油的試驗燃燒。包括在燃燒彈上安裝噴油器噴射汽油，進行了無鉛汽油在定容燃燒過程中苯排放的試驗研究；研究汽油在不同壓力下的層流燃燒速度；設計新型定容燃燒噴霧模擬實驗裝置，采用分層預混、平面激光誘導熒光法研究柴油噴霧油束特性及油束撞壁混合過程進行測量；采用在燃燒彈上安裝噴油器的方法研究柴油在乙醇高溫熱氛圍中著火和燃燒特性。
[0008]本申請發明人在綜合這些研究后發現，現有技術中至少存在如下問題:
對定容燃燒彈的改進在于加裝汽油或柴油噴油器再進行預混燃燒，但是考慮到定容彈內腔容積的估算問題，以及噴油器開啟關閉的延遲效應，無法精確控制容彈內的空燃比。
【發明內容】
[0009]鑒于此，本發明目的在于提供一種精確控制可燃混合氣當量比的定容燃燒彈，以及精確測試液體燃料燃燒性能的方法，該測試方法至少能夠基于前述定容燃燒彈得以實現。將液體燃料完全蒸發成氣體，再通過分壓法精確計算進入定容燃燒彈內的燃料量，同時利用高精度電子壓力表實現配氣，達到精確控制定容燃燒彈內可燃混合氣空燃比的目的。
[0010]為解決以上技術問題，本發明提供的技術方案是，提供一種定容燃燒彈，包括燃燒彈，燃燒彈控制裝置與燃燒彈信號連接，用于控制點火試驗，還包括:
蒸發器:為一個密閉容器，該蒸發器設置有進料口和出料口，并配置有用于檢測蒸發器內部溫度的第一溫度傳感器，以及用于檢測蒸發器內部氣壓的第一氣壓檢測裝置；
加熱裝置:包括第一加熱控制裝置和用于對蒸發器加熱的加熱裝置，前述第一溫度傳感器與第一加熱控制裝置信號連接；
真空抽吸設備；用于將蒸發器、燃燒彈抽為真空；
所述蒸發器的出料口與燃燒彈通過出料管連接，出料管管路上安裝有流量控制閥； 所述燃燒彈配置有用于檢測燃燒彈內部氣壓的第二壓力檢測裝置。
[0011]進一步地，所述出料管管路上纏繞有加熱部件，該加熱部件與第二加熱控制器電連接，出料管上還配置有用于監測管該管路內溫度的第二溫度傳感器，第二溫度傳感器與第二加熱控制器信號連接。
[0012]進一步地，所述進料口上安裝有進料管，該進料管與注料活塞連接；進料管管路上安裝有進料閥門。
[0013]優選地，所述第一溫度傳感器為電熱偶。
[0014]優選地，所述蒸發器由腔體和蒸發器蓋構成，所述進料口和出料口設置在蒸發器蓋上，所述蒸發器蓋與腔體之間采用錐面密封。
[0015]優選地，所述第二壓力檢測裝置為電子壓力表。
[0016]優選地，所述真空抽吸設備為真空泵，真空泵與燃燒彈連接。
[0017]本發明還提供了一種包括上述定容燃燒彈的液體燃料燃燒性能測試方法，包括以下步驟:
1)將液體燃料注入內部真空的蒸發器，根據實驗要求確定注入液體燃料的量；
2)加熱液體燃料，至其完全蒸發為氣體；
3)采用分壓比的方法來實現燃燒彈內燃燒不同當量比的氣態燃料與空氣的混合氣；將預設量的氣態燃料注入內部真空的燃燒彈，注入相應量的空氣；
4)點火、實驗。
[0018]進一步地，具體步驟為:
3)關閉進料閥門和燃燒彈進、排氣閥門，打開流量控制閥，使蒸發器和燃燒彈共同成為一個密閉空間；
0利用真空抽吸設備將前述密閉空間抽吸為真空；
0?關閉流量控制閥，向蒸發器內注入液體燃料，關閉進料閥門；
(1)利用加熱裝置將蒸發器加熱到液體燃料終餾溫度以上，將液體燃料全部蒸發，維持燃料氣體狀態；
6?打開流量控制閥，向燃燒器內注入一定體積的氣態燃料，再通入空氣至燃燒器內氣壓至大氣壓；
點火、實驗。
[0019]優選地，所述液態燃料為汽油，其燃燒性能測試步驟為:
關閉進料閥門和燃燒彈進、排氣閥門，打開流量控制閥，使蒸發器和燃燒彈共同成為一個密閉空間；
0利用真空抽吸設備將前述密閉空間抽吸為真空；
(3)關閉流量控制閥，向蒸發器內注入汽油，關閉進料閥門；
(1)利用加熱裝置將蒸發器加熱到4801(,將液體燃料全部蒸發，維持燃料氣體狀態；
6)打開流量控制閥，根據汽油燃燒的當量比向燃燒器內注入一定體積的氣態燃料，再通入空氣至燃燒器內氣壓至大氣壓；
點火、實驗。
[0020]與現有技術相比，上述技術方案中的一個技術方案具有如下優點:
本發明定容燃燒器操作方便，控制精準。本發明利用充分利用現有的設備，通過合理的運用，實現了在燃燒彈中燃燒液體燃料并精確控制可燃混合氣當量比的目的。
[0021]本發明定容燃燒器以通過實驗證明了其可靠性，配齊過程中當量比控制的精準性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明一較佳實施例定容燃燒彈的結構示意圖。
[0023]圖2是本發明一較佳實施例中蒸發器的結構示意圖。
[0024]圖3是本發明實施例中三次相同實驗中汽油燃燒的紋影圖片。
[0025]圖4是本發明實施例中四種不同成分的汽油在不同當量比時層流燃燒速度對比表。
[0026]圖中11蒸發器，111蒸發器蓋，112錐面，113連接螺栓，12進料管，121活塞，122進料閥門，13出料管，131流量控制閥，132第二溫度傳感器，133第二加熱控制器，14第一溫度傳感器，15第一氣壓檢測裝置，21第一加熱控制器，22加熱塊，3燃燒彈，31真空泵，32第二壓力檢測裝置，33燃燒彈控制裝置。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖與具體實施例進行說明。
[0028]實施例一
參見圖1至圖2。本實施例所描述的定容燃燒彈，由蒸發器11、加熱裝置和燃燒彈3組成。燃燒彈控制裝置33與燃燒彈3信號連接，用于控制點火試驗。燃燒彈3為已知產品，本實施例選用的燃燒彈為北京理工8112(:-1^0-^-350。燃燒彈3配置有用于檢測燃燒彈內部氣壓的第二壓力檢測裝置32。第二壓力檢測裝置32采用高精度的電子壓力表，本實施例提供一種型號為0此1八0^^011-^-100-100^8的電子壓力表，其精度為0.05%？？3。
[0029]蒸發器11為一個密閉容器，該蒸發器設置有進料口和出料口，并配置有用于檢測蒸發器內部溫度的第一溫度傳感器14，以及用于檢測蒸發器內部氣壓的第一氣壓檢測裝置15。根據蒸發器11內部溫度的要求，第一溫度傳感器14優選為熱電偶。第一氣壓檢測裝置15使用氣壓表，以便能夠直接觀察到蒸發器11內部的氣壓。
[0030]蒸發器11由腔體和蒸發器蓋111構成，所述進料口和出料口設置在蒸發器蓋111上，所述蒸發器蓋111與腔體之間采用錐面密封。腔體具有一個圓柱形空腔，用不銹鋼制成，用于盛放液體燃油，如汽油。
[0031]蒸發器蓋111下表面設置有錐面112，以使腔體和蒸發器蓋111在連接部件的作用下緊密連接，本實施例示出了采用連接螺栓113連接腔體和蒸發器蓋111的情形。
[0032]蒸發器11的出料口與燃燒彈3通過出料管13連接，出料管13管路上安裝有流量控制閥131。為防止氣態燃料在管路中凝結，在出料管13管路上纏繞有加熱部件，如加熱帶，該加熱部件與第二加熱控制器133電連接，出料管13上還配置有用于監測管該管路內溫度的第二溫度傳感器132，第二溫度傳感器132與第二加熱控制器133信號連接。實驗過程中，根據管路中的溫度情況確定是否對管路進行加熱。
[0033]流量控制閥131同樣是現有產品，現有產品中有多種質量流量控制器可供選擇。流量控制閥131的作用在于精確控制燃燒彈內的進氣量。
[0034]蒸發器11的進料口上安裝有進料管12，該進料管12與注料活塞121連接；進料管12管路上安裝有進料閥門122。進料閥門與進料管通過卡套螺母密封連接。
[0035]進料管12和出料管13均可使用不銹鋼管，進料閥門122也可采用不銹鋼閥門。加熱裝置包括第一加熱控制裝置21和用于對蒸發器11加熱的加熱裝置22，前述第一溫度傳感器14與第一加熱控制裝置21信號連接。第一加熱控制裝置21用于控制加熱裝置22工作，在現有產品中可以很輕易地購買得到。凡是能夠為蒸發器11提供持續、可控、穩定的加熱裝置均可以被采用，例如型號為的溫控器。
[0036]真空抽吸設備；用于將蒸發器11、燃燒彈3抽為真空。常用的真空抽吸設備是真空機。本發明定容燃燒彈可以使用一臺真空泵，也可以使用兩臺真空泵。從設備成本及可操作性考慮，優選使用一臺真空泵，真空泵32與燃燒彈3連接。使用兩臺真空泵時，一臺與蒸發器連接，另一臺與燃燒彈連接。
[0037]實施例二圖3和圖4示出了使用實施例1所述定容燃燒彈汽油燃燒性能測試實驗的效果。
[0038]本實施例是在實施例1所述定容燃燒彈的基礎之上進行的，液態燃料為汽油。
[0039]蒸發器放置與加熱裝置上，加熱裝置將可蒸發器加熱到6001(以上。汽油的終餾溫度為4681因此，將加熱溫度定為4801(,加上蒸發器已被抽真空，便能夠保證汽油被完全蒸發。
[0040]在整個實驗過程中，先用將初始條件輸入匕…工冊分壓計算程序，得到所需當量比下汽油分壓，然后進行汽油蒸發，控制各壓力傳感器、溫度傳感器參數達到所需狀態，待汽油完全蒸發后打開流量控制閥進行配氣，最后進行點火實驗。
[0041]主要步驟為:關閉進料閥門122和燃燒彈進、排氣閥門，打開流量控制閥131，使蒸發器11和燃燒彈3共同成為一個密閉空間；利用真空抽吸設備將前述密閉空間抽吸為真空；關閉流量控制閥131，向蒸發器11內注入汽油，關閉進料閥門122 ；利用加熱裝置將蒸發器加熱到4801(,將液體燃料全部蒸發，維持燃料氣體狀態；打開流量控制閥131，根據汽油燃燒的當量比向燃燒器3內注入一定體積的氣態燃料，再通入空氣至燃燒器內氣壓至大氣壓；點火、實驗。
[0042]在加熱蒸發器及出料管的同時將燃燒彈也加熱到實驗所需初始溫度。當蒸發器、出料管、燃燒彈溫度都達到設定溫度并保溫一定時間后，整個蒸發系統就像傳統定容燃燒系統的一個氣瓶。
[0043]接下來是配氣過程:采用分壓比的方法來實現定容燃燒彈內燃燒不同當量比的汽油空氣混合氣的目的。實驗時，打開流量控制閥放入汽油蒸汽進入燃燒彈到指定壓力即可，然后再通入空氣到大氣壓，此時定容燃燒彈內可燃氣的當量比即可得到精確控制，完全解決了通過估計燃燒彈內體積而引起的可燃氣當量比不能精確控制的問題。此外在燃燒彈上安裝精度為0.05級的真空壓力表，能將壓力精確到10即(壓力讀數精確到小數點后兩位，單位為沿^)，最終實現液體燃料一空氣混合氣空燃比的精確控制。接著就可以進行點火、實驗。圖3和圖4為利用本發明得到的實驗圖片。
[0044]圖3是當量比為1.0，初始條件為4001(、化虹時三次相同實驗中汽油燃燒的紋影圖片。可見通過本發明得到的三次實驗結果極為相似，證明了本發明的實用性及可靠性，同時證明其在配氣過程中當量比控制較為精確。
[0045]圖4為汽油中有添加劑時四種不同成分的汽油在不同當量比時層流燃燒速度，四種不同成分的汽油分別是添加有30%添加劑的汽油、添加有20%添加劑的汽油、添加有10%添加劑的汽油和無添加劑的汽油。可見在空燃比小于1.1時，添加添加劑后汽油燃燒速度有較明顯的增大，而在空燃比大于1.1時，四種不同成分汽油燃燒速度基本沒有差異。此實驗亦可證明本發明的實用性及可靠性。
[0046]以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種定容燃燒彈，包括燃燒彈(3 )，燃燒彈控制裝置(33 )與燃燒彈(3 )信號連接，用于控制點火試驗，其特征在于，還包括: 蒸發器(11):為一個密閉容器，該蒸發器設置有進料口和出料口，并配置有用于檢測蒸發器內部溫度的第一溫度傳感器(14)，以及用于檢測蒸發器內部氣壓的第一氣壓檢測裝置(15)； 加熱裝置:包括第一加熱控制裝置(21)和用于對蒸發器(11)加熱的加熱裝置(22)，前述第一溫度傳感器(14)與第一加熱控制裝置(21)信號連接； 真空抽吸設備；用于將蒸發器(11)、燃燒彈(3)抽為真空； 所述蒸發器(11)的出料口與燃燒彈(3 )通過出料管(13 )連接，出料管(13 )管路上安裝有流量控制閥(131)； 所述燃燒彈(3 )配置有用于檢測燃燒彈內部氣壓的第二壓力檢測裝置(32 )。
2.根據權利要求1所述的定容燃燒彈，其特征在于，所述出料管(13)管路上纏繞有加熱部件，該加熱部件與第二加熱控制器(133)電連接，出料管(13)上還配置有用于監測管該管路內溫度的第二溫度傳感器(132)，第二溫度傳感器(132)與第二加熱控制器(133)信號連接。
3.根據權利要求1所述的定容燃燒彈，其特征在于，所述進料口上安裝有進料管(12)，該進料管(12)與注料活塞(121)連接；進料管(12)管路上安裝有進料閥門(122)。
4.根據權利要求1所述的定容燃燒彈，其特征在于，所述第一溫度傳感器(14)為電熱偶。
5.根據權利要求1所述的定容燃燒彈，其特征在于，所述蒸發器(11)由腔體和蒸發器蓋(111)構成，所述進料口和出料口設置在蒸發器蓋(111)上，所述蒸發器蓋(111)與腔體之間采用錐面密封。
6.根據權利要求1所述的定容燃燒彈，其特征在于，所述第二壓力檢測裝置(32)為電子壓力表。
7.根據權利要求1所述的定容燃燒彈，其特征在于，所述真空抽吸設備為真空泵(32)，真空泵與燃燒彈(3)連接。
8.一種基于以上任一權利要求所述定容燃燒彈的液體燃料燃燒性能測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將液體燃料注入內部真空的蒸發器，根據實驗要求確定注入液體燃料的量； 2)加熱液體燃料，至其完全蒸發為氣體； 3)采用分壓比的方法來實現燃燒彈內燃燒不同當量比的氣態燃料與空氣的混合氣；將預設量的氣態燃料注入內部真空的燃燒彈，注入相應量的空氣； 4)點火、實驗。
9.根據權利要求8所述的定容燃燒彈，其特征在于，具體步驟為: a)關閉進料閥門(122)和燃燒彈進、排氣閥門，打開流量控制閥(131)，使蒸發器(11)和燃燒彈(3)共同成為一個密閉空間； b)利用真空抽吸設備將前述密閉空間抽吸為真空； c)關閉流量控制閥(131)，向蒸發器(11)內注入液體燃料，關閉進料閥門(122); d)利用加熱裝置將蒸發器加熱到液體燃料終餾溫度以上，將液體燃料全部蒸發，維持燃料氣體狀態； e)打開流量控制閥(131)，向燃燒器(3)內注入一定體積的氣態燃料，再通入空氣至燃燒器內氣壓至大氣壓； f)點火、實驗。
10.根據權利要求9所述的液體燃料燃燒性能測試方法，其特征在于，所述液態燃料為汽油，其燃燒性能測試步驟為: a)關閉進料閥門(122)和燃燒彈進、排氣閥門，打開流量控制閥(131)，使蒸發器(11)和燃燒彈(3)共同成為一個密閉空間； b)利用真空抽吸設備將前述密閉空間抽吸為真空； c)關閉流量控制閥(131)，向蒸發器(11)內注入汽油，關閉進料閥門(122); d)利用加熱裝置將蒸發器加熱到480K，將液體燃料全部蒸發，維持燃料氣體狀態； e)打開流量控制閥(131)，根據汽油燃燒的當量比向燃燒器(3)內注入一定體積的氣態燃料，再通入空氣至燃燒器內氣壓至大氣壓； f)點火、實驗。
【文檔編號】G01N31/12GK104391074SQ201410526373
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】暴秀超, 陳超, 彭憶強, 童勇, 樊利康 申請人:西華大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
