CN107014947A - 一种飞滴式单液滴燃烧*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞滴式单液滴燃烧***，包括液滴输送单元、燃烧器单元、供气单元以及记录单元，液滴输送单元包括微量注射器、针管以及针头；燃烧器单元包括底座、外壳以及多孔燃烧盘，多孔燃烧盘上部设有外层挡圈，外层挡圈与多孔燃烧盘形成用于燃烧单液滴的高温区，供气单元包括鼓风设备和燃料气瓶；记录单元为连接计算机的高速摄像设备，对高温区内单液滴燃烧状态进行拍摄。与现有技术相比，本发明通过控制燃料气体流量，能产生700K‑1500K宽域高温范围，实现单液滴快速蒸发燃烧；单液滴通过按压注射器活塞筒产生，液滴位于注射器针头末端，在重力的作用下自由落体，进入高温区进行蒸发燃烧，适合各种粘性的液体。

Description

一种飞滴式单液滴燃烧***
技术领域
本发明属于内燃机燃烧技术领域，具体涉及一种飞滴式单液滴燃烧***。
背景技术
缸内直喷和增压已成为当今汽油机技术的主流方向，然而，随着发动机小型化和动力性的提高，增压汽油直喷发动机出现了一种新的异常燃烧现象——早燃，早燃严重影响着发动机性能和使用寿命。润滑油液滴窜入发动机燃烧室诱发低速早燃被认为是其中的一个重要因素，因此，研究润滑油单液滴的燃烧过程尤为必要。但目前，针对于单液滴燃烧过程的实验设备比较缺乏，相关技术的液滴生成器大多针对低粘度液体燃料，难以满足润滑油等高粘度液体的使用。
申请号为201310226776.0的中国专利公开了一种高温高压单液滴蒸发与燃烧装置，包括供气装置，与所述供气装置连接的燃烧蒸发弹体，位于所述燃烧蒸发弹体上部的单液滴发生器和单液滴发生器冷却装置，以及通过导线与所述燃烧蒸发弹体连接的控制单元；所述供气所述单液滴发生器包括位于其内部的压电片式喷射器；所述单液滴发生器冷却装置包括与所述单液滴发生器连接的水泵和位于所述单液滴发生器内部的热电偶丝温度传感器，该专利能够实现对微小液滴蒸发与燃烧特性的研究，但该装置使用的是压电片式喷射器，主要依靠液体腔室内容积的细小变化来产生单液滴，对于粘性较大的液体例如润滑油不适用；该装置产生的高温方式是使用热电偶加热空气进而通过空气加热液滴，使其蒸发燃烧，此方式能够产生的温度变化范围有限，不能直接在液滴下落过程中将液滴完全蒸发燃烧，且未燃烧的液滴会残留在***体内，对液滴蒸发燃烧以及温度场的稳定性有一定的负面影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种飞滴式单液滴燃烧***，用于研究单液滴燃烧过程。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种飞滴式单液滴燃烧***，包括输送飞滴式单液滴的液滴输送单元、提供高温环境的燃烧器单元、为燃烧器单元提供气体燃料的供气单元以及记录单液滴燃烧状态的记录单元，所述的液滴输送单元设于燃烧器单元的上部，包括微量注射器、与微量注射器连接的针管以及安装在针管末端的针头；所述的燃烧器单元包括底座、设于底座上的外壳以及设于外壳上部的多孔燃烧盘，所述的多孔燃烧盘上部设有外层挡圈，所述的外层挡圈与多孔燃烧盘形成用于燃烧单液滴的高温区，高温区的高度为40-70mm，高温区内设有连接计算机的温度传感器；所述的供气单元设于燃烧器单元下部，包括提供空气协流的鼓风设备和燃料气瓶，所述的鼓风设备和燃料气瓶的输出端分别连接气管，气管汇合后通入燃烧器单元；所述的记录单元为连接计算机的高速摄像设备，所述的高速摄像设备对高温区内单液滴燃烧状态进行摄像。
所述的外层挡圈外表面环绕设有由多圈紫铜管缠绕形成的冷却水套，所述的外层挡圈避免环境空气对多孔燃烧盘协流火焰造成影响，冷却水套通过冷却使外层挡圈的辐射降低。所述的外层挡圈与多孔燃烧盘上表面的凸台过盈配合密封，所述的冷却水套通过卡箍贴合在外层挡圈的外表面。
所述的冷却水套通过水管从冷却水池中泵水进行冷却，所述的冷却水池内设有连接计算机的温度传感器。
所述的燃烧器单元壳体内部设有火焰捕集器，所述的火焰捕集器由网板以及设于网板上的玻璃珠组成，所述的玻璃珠直径为2-3mm，填充高度为30mm，所述的火焰捕集器由设于壳体内部的支撑套支撑，火焰捕集器和支撑套与外壳的内壁紧密贴合，支撑套的下端与底座贴合，火焰捕集器可促进由下方进来的协流混合气均匀混合，同时避免火焰向燃料源传播。
所述燃烧器单元的底座与外壳进行焊接密封，底座设有将供气单元的混合气通入的协流进气孔。
所述的多孔燃烧盘由黄铜制成，多孔燃烧盘上均匀分布直径为1-2mm的通孔，用以形成稳定的火焰，同时起到防止发生回火的作用。多孔燃烧盘通过凸台与外壳上端面过盈配合密封，壳体内中间设有中央通管，未燃净的液滴通过中央通管落入燃烧器底部。
所述的鼓风设备输出端的管路上设有流量计、连接计算机的压力传感器和温度传感器，所述的燃料气瓶输出端的管路上设有减压阀、流量计、连接计算机的压力传感器和温度传感器，所述的鼓风设备为鼓风机。
所述的针管为细长管，针管末端的针头孔径为0.1-0.3mm，并通过绝热挡板与燃烧器单元隔开。
所述的高速摄像设备由高速摄像机、连接至计算机的数据线、配套电源以及配套软件组成。
本发明工作过程为，通过手动推进微量注射器，将液体燃料由针管推送至针头，在针头尖端形成稳定大小的单液滴，在重力和表面张力的作用下单液滴最终自由落体滴入高温区燃烧；气体燃料与鼓风设备输出的空气在管路中混合形成预混合气，最终输送到燃烧器单元中，减压阀控制气体燃料的通断，流量计测量空气和气体燃料的流量，通过调节气体燃料的流量改变空燃比，控制燃烧器内上方火焰温度。气体燃料在壳体内腔的上部燃烧，在多孔燃烧盘上部形成稳定的高温区，可以通过温度传感器监测，单液滴在高温区燃烧燃烧，通过高速摄像机直接拍摄单液滴在高温区的燃烧过程，配套电源为高速摄像机供电，数据线连接高速摄像机和计算机，高速摄像机记录的数据通过数据线传输到计算机，配套软件控制高速摄像机的拍摄参数；温度传感器、压力传感器采集的数据传输到处理器进行数据转换处理，再传输到电脑进行储存读取，控制整个实验过程。
与现有技术相比，本发明的优点为：本发明的燃烧器通过控制燃料气体的流量，控制高温区域的温度，实现不同温度范围单液滴蒸发燃烧，能够产生700K-1500K的宽域高温范围，实现单液滴的快速蒸发燃烧；本发明单液滴产生方式简单，通过微量注射器吸取液体燃料，按压注射器活塞筒即可产生大小相同的单液滴，液滴位于注射器针头尖端，在重力的作用下自由落体，进入高温区进行蒸发燃烧，未燃烬的液滴通过中央通管穿过燃烧器被收集，不会落至燃烧盘燃烧，且不产生其他影响，适合粘性较大的液体，如润滑油的滴入。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明燃烧器单元的剖视图；
图中：1-微量注射器；2-针管；3-绝热挡板；4-针头；5-单液滴；6-温度传感器；7-高速摄像设备；8-计算机；9-鼓风设备；10-燃料气瓶；11-流量计；12-减压阀；13-底座；14-冷却水池；15-水管；16-底座；17-外壳；18-多孔燃烧盘；19-火焰捕集器；20-外层挡圈；21-冷却水套；22-支撑套；23-协流进气孔；24-中央通管；25-高温区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种飞滴式单液滴燃烧***，如图1所示，包括输送飞滴式单液滴5的液滴输送单元、提供高温环境的燃烧器单元、为燃烧器单元提供气体燃料的供气单元以及记录单液滴5燃烧状态的记录单元。
液滴输送单元设于燃烧器单元的上部，包括微量注射器1、与微量注射器1连接的针管2以及安装在针管2末端的针头4，针管2为细长管，针管2末端的针头4孔径为0.1-0.3mm，本实施例为0.2mm，并通过绝热挡板3与燃烧器单元隔开。
如图2所示，燃烧器单元呈圆筒形，包括底座16、设于底座16上的外壳17以及设于外壳17上部的多孔燃烧盘18，多孔燃烧盘18上部设有外层挡圈20，外层挡圈20与多孔燃烧盘18形成用于燃烧单液滴5的高温区25，高温区25内设有连接计算机8的温度传感器6，外层挡圈20外表面环绕设有由多圈紫铜管缠绕形成的冷却水套21，冷却水套21通过水管15从冷却水池14中泵水进行冷却，冷却水池14内设有连接计算机8的温度传感器6，燃烧器单元壳体17内部设有火焰捕集器19，火焰捕集器19由网板以及设于网板上的玻璃珠组成，玻璃珠直径为2-3mm，填充高度为30mm，火焰捕集器19由设于壳体17内部的支撑套22支撑，火焰捕集器19和支撑套22与外壳17的内壁紧密贴合，支撑套22的下端与底座16贴合，燃烧器单元的底座16与外壳17进行焊接密封，底座13设有将供气单元的混合气通入的协流进气孔23，多孔燃烧盘18由黄铜制成，多孔燃烧盘18上均匀分布直径为1.6mm的通孔，多孔燃烧盘18通过凸台与外壳17上端面过盈配合密封，壳体内中间设有中央通管24。
供气单元设于燃烧器单元下部，包括提供空气协流的鼓风设备9和燃料气瓶10，鼓风设备9和燃料气瓶10的输出端分别连接气管，气管汇合后通入燃烧器单元，鼓风设备9输出端的管路上设有流量计11、连接计算机8的压力传感器13和温度传感器6，燃料气瓶10输出端的管路上设有减压阀12、流量计11、连接计算机8的压力传感器11和温度传感器6，鼓风设备9为鼓风机。
记录单元为连接计算机的高速摄像设备，高速摄像设备对高温区25内单液滴5燃烧状态进行摄像，高速摄像设备7由高速摄像机、连接至计算机8的数据线、配套电源以及配套软件组成。
通过手动推进微量注射器，将液体燃料由针管推送至针头，在针头尖端形成稳定大小的单液滴，在重力和表面张力的作用下单液滴最终自由落体滴入高温区燃烧；气体燃料与鼓风设备输出的空气在管路中混合形成预混合气，最终输送到燃烧器单元中，减压阀控制气体燃料的通断，流量计测量空气和气体燃料的流量，通过调节气体燃料的流量改变空燃比，控制燃烧器内上方火焰温度。气体燃料在壳体内腔的上部燃烧，在多孔燃烧盘上部形成稳定的高温区，可以通过温度传感器监测，单液滴在高温区燃烧燃烧，通过高速摄像机直接拍摄单液滴在高温区的燃烧过程，配套电源为高速摄像机供电，数据线连接高速摄像机和计算机，高速摄像机记录的数据通过数据线传输到计算机，配套软件控制高速摄像机的拍摄参数；温度传感器、压力传感器采集的数据传输到处理器进行数据转换处理，再传输到电脑进行储存读取，控制整个实验过程。

Claims (10)

1.一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，包括输送飞滴式单液滴(5)的液滴输送单元、提供高温环境的燃烧器单元、为燃烧器单元提供气体燃料的供气单元以及记录单液滴(5)燃烧过程的记录单元，
所述的液滴输送单元设于燃烧器单元的上部，包括微量注射器(1)、与微量注射器(1)连接的针管(2)以及安装在针管(2)末端的针头(4)；
所述的燃烧器单元包括底座(16)、设于底座(16)上的外壳(17)以及设于外壳(17)上部的多孔燃烧盘(18)，所述的多孔燃烧盘(18)上部设有外层挡圈(20)，所述的外层挡圈(20)与多孔燃烧盘(18)形成用于燃烧单液滴(5)的高温区(25)，高温区(25)内设有连接计算机(8)的温度传感器(6)；
所述的供气单元设于燃烧器单元下部，包括提供空气协流的鼓风设备(9)和燃料气瓶(10)，所述的鼓风设备(9)和燃料气瓶(10)的输出端分别连接气管，气管汇合后通入燃烧器单元；
所述的记录单元为连接计算机的高速摄像设备，所述的高速摄像设备对高温区(25)内单液滴(5)燃烧过程进行摄像。
2.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的外层挡圈(20)外表面环绕设有由多圈紫铜管缠绕形成的冷却水套(21)。
3.根据权利要求2所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的冷却水套(21)通过水管(15)从冷却水池(14)中泵水进行冷却，所述的冷却水池(14)内设有连接计算机(8)的温度传感器(6)。
4.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的燃烧器单元壳体(17)内部设有火焰捕集器(19)，所述的火焰捕集器(19)由网板以及设于网板上的玻璃珠组成，所述的玻璃珠直径为2-3mm，填充高度为30mm。
5.根据权利要求4所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的火焰捕集器(19)由设于壳体(17)内部的支撑套(22)支撑，火焰捕集器(19)和支撑套(22)与外壳(17)的内壁紧密贴合，支撑套(22)的下端与底座(16)贴合。
6.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述燃烧器单元的底座(16)与外壳(17)进行焊接密封，底座(13)设有将供气单元的混合气通入的协流进气孔(23)。
7.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的多孔燃烧盘(18)由黄铜制成，多孔燃烧盘(18)上均匀分布直径为1.6mm的通孔，多孔燃烧盘(18)通过凸台与外壳(17)上端面过盈配合密封，壳体内中间设有中央通管(24)。
8.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的鼓风设备(9)输出端的管路上设有流量计(11)、连接计算机(8)的压力传感器(13)和温度传感器(6)，所述的燃料气瓶(10)输出端的管路上设有减压阀(12)、流量计(11)、连接计算机(8)的压力传感器(11)和温度传感器(6)，所述的鼓风设备(9)为鼓风机。
9.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的针管(2)为细长管，针管(2)末端的针头(4)孔径为0.1-0.3mm，并通过绝热挡板(3)与燃烧器单元隔开。
10.根据权利要求1所述的一种飞滴式单液滴燃烧***，其特征在于，所述的高速摄像设备(7)由高速摄像机、连接至计算机(8)的数据线、配套电源以及配套软件组成。
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