一种定容燃烧弹及液体燃料燃烧性能测试方法
【专利摘要】本发明公开一种定容燃烧弹及液体燃料燃烧性能测试方法，定容燃烧弹包括燃烧弹、蒸发器、加热装置、真空抽吸设备，蒸发器的出料口与燃烧弹通过出料管连接，出料管管路上安装有流量控制阀；本方法将液体燃料完全蒸发成气体，再通过分压法精确计算进入定容燃烧弹内的燃料量，同时利用高精度电子压力表实现配气，达到精确控制定容燃烧弹内可燃混合气空燃比的目的。本发明定容燃烧器操作方便，控制精准。本发明利用充分利用现有的设备，通过合理的运用，实现了在燃烧弹中燃烧液体燃料并精确控制可燃混合气当量比的目的。
【专利说明】一种定容燃烧弹及液体燃料燃烧性能测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料燃烧性能测试领域，涉及一种定容燃烧弹，具体涉及一种针对液体燃料燃烧性能测试的定容燃烧弹；同时，本发明还涉及利用该定容燃烧弹对液体燃料进行燃烧性能测试的方法。
【背景技术】
[0002]为了节约能源和降低车用发动机的排放，国内外的学者都致力于新技术、新模型的开发与研究，来应对日益严峻的能源短缺与严格的排放法规的现状。对于发动机本身的优化设计，研究者们归根结底是研究发动机的燃烧机理，从根本上解决发动机的燃烧问题，以提高发动机的动力性、经济型和排放性。而局限于发动机燃烧空间是密闭的，研究者们无法直观的观察燃烧过程，为燃烧机理的研究带来了困难。
[0003]为了解决这个问题，定容燃烧弹就应运而生了。定容燃烧弹是用于研究预混燃烧的密闭容器，以模拟发动机在上止点附近的燃烧，其特点是结构简单，能够方便的改变热力学参数、湍流参数和点火参数，是对燃料燃烧理论基础研究的重要工具。火焰燃烧速度、传播速度、火焰燃烧的稳定性、燃烧压力等都可以通过定容燃烧弹加上辅助测试设备得到，为燃烧机理的研究提供了很大方便。
[0004]近年来，国内外学者对于定容燃烧弹的研究进展取得了一系列研究成果，研究内容包括进行甲烧一空气燃烧速度、湍流参数、火焰淬熄等燃烧参数的计算研究；研究了异辛烷和正庚烷在不同压力和温度下的层流燃烧速度和湍流参数；研究了外扩散火焰的细胞不稳定性和自加速性；利用定容燃烧弹模拟天然气直喷，进行了天然气一氢气一空气混合气燃烧特性的研究；在燃烧弹中放置挡块，模拟天然气直喷发动机燃烧室形状，研究了燃烧室形状对天然气喷雾的影响。
[0005]可以看出，在定容燃烧弹方面的研究主要集中在发动机代用燃料的燃烧特性及燃烧机理的基础研究，而对于现阶段发动机主要的燃料一汽油和柴油的基础研究少之又少。
[0006]近几年来，国内外的学者也意识到了这一点，因此也开始致力于进行定容燃烧弹的改进研究，使定容燃烧弹能进行汽油与柴油的燃烧成为了可能。
[0007]已有学者研制出了预混燃烧加热式定容燃烧弹喷雾燃烧诊断试验系统，并进行了柴油的试验燃烧。包括在燃烧弹上安装喷油器喷射汽油，进行了无铅汽油在定容燃烧过程中苯排放的试验研究；研究汽油在不同压力下的层流燃烧速度；设计新型定容燃烧喷雾模拟实验装置，采用分层预混、平面激光诱导荧光法研究柴油喷雾油束特性及油束撞壁混合过程进行测量；采用在燃烧弹上安装喷油器的方法研究柴油在乙醇高温热氛围中着火和燃烧特性。
[0008]本申请发明人在综合这些研究后发现，现有技术中至少存在如下问题:
对定容燃烧弹的改进在于加装汽油或柴油喷油器再进行预混燃烧，但是考虑到定容弹内腔容积的估算问题，以及喷油器开启关闭的延迟效应，无法精确控制容弹内的空燃比。
【发明内容】
[0009]鉴于此，本发明目的在于提供一种精确控制可燃混合气当量比的定容燃烧弹，以及精确测试液体燃料燃烧性能的方法，该测试方法至少能够基于前述定容燃烧弹得以实现。将液体燃料完全蒸发成气体，再通过分压法精确计算进入定容燃烧弹内的燃料量，同时利用高精度电子压力表实现配气，达到精确控制定容燃烧弹内可燃混合气空燃比的目的。
[0010]为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种定容燃烧弹，包括燃烧弹，燃烧弹控制装置与燃烧弹信号连接，用于控制点火试验，还包括:
蒸发器:为一个密闭容器，该蒸发器设置有进料口和出料口，并配置有用于检测蒸发器内部温度的第一温度传感器，以及用于检测蒸发器内部气压的第一气压检测装置；
加热装置:包括第一加热控制装置和用于对蒸发器加热的加热装置，前述第一温度传感器与第一加热控制装置信号连接；
真空抽吸设备；用于将蒸发器、燃烧弹抽为真空；
所述蒸发器的出料口与燃烧弹通过出料管连接，出料管管路上安装有流量控制阀； 所述燃烧弹配置有用于检测燃烧弹内部气压的第二压力检测装置。
[0011]进一步地，所述出料管管路上缠绕有加热部件，该加热部件与第二加热控制器电连接，出料管上还配置有用于监测管该管路内温度的第二温度传感器，第二温度传感器与第二加热控制器信号连接。
[0012]进一步地，所述进料口上安装有进料管，该进料管与注料活塞连接；进料管管路上安装有进料阀门。
[0013]优选地，所述第一温度传感器为电热偶。
[0014]优选地，所述蒸发器由腔体和蒸发器盖构成，所述进料口和出料口设置在蒸发器盖上，所述蒸发器盖与腔体之间采用锥面密封。
[0015]优选地，所述第二压力检测装置为电子压力表。
[0016]优选地，所述真空抽吸设备为真空泵，真空泵与燃烧弹连接。
[0017]本发明还提供了一种包括上述定容燃烧弹的液体燃料燃烧性能测试方法，包括以下步骤:
1)将液体燃料注入内部真空的蒸发器，根据实验要求确定注入液体燃料的量；
2)加热液体燃料，至其完全蒸发为气体；
3)采用分压比的方法来实现燃烧弹内燃烧不同当量比的气态燃料与空气的混合气；将预设量的气态燃料注入内部真空的燃烧弹，注入相应量的空气；
4)点火、实验。
[0018]进一步地，具体步骤为:
3)关闭进料阀门和燃烧弹进、排气阀门，打开流量控制阀，使蒸发器和燃烧弹共同成为一个密闭空间；
0利用真空抽吸设备将前述密闭空间抽吸为真空；
0?关闭流量控制阀，向蒸发器内注入液体燃料，关闭进料阀门；
(1)利用加热装置将蒸发器加热到液体燃料终馏温度以上，将液体燃料全部蒸发，维持燃料气体状态；
6?打开流量控制阀，向燃烧器内注入一定体积的气态燃料，再通入空气至燃烧器内气压至大气压；
点火、实验。
[0019]优选地，所述液态燃料为汽油，其燃烧性能测试步骤为:
关闭进料阀门和燃烧弹进、排气阀门，打开流量控制阀，使蒸发器和燃烧弹共同成为一个密闭空间；
0利用真空抽吸设备将前述密闭空间抽吸为真空；
(3)关闭流量控制阀，向蒸发器内注入汽油，关闭进料阀门；
(1)利用加热装置将蒸发器加热到4801(,将液体燃料全部蒸发，维持燃料气体状态；
6)打开流量控制阀，根据汽油燃烧的当量比向燃烧器内注入一定体积的气态燃料，再通入空气至燃烧器内气压至大气压；
点火、实验。
[0020]与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点:
本发明定容燃烧器操作方便，控制精准。本发明利用充分利用现有的设备，通过合理的运用，实现了在燃烧弹中燃烧液体燃料并精确控制可燃混合气当量比的目的。
[0021]本发明定容燃烧器以通过实验证明了其可靠性，配齐过程中当量比控制的精准性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明一较佳实施例定容燃烧弹的结构示意图。
[0023]图2是本发明一较佳实施例中蒸发器的结构示意图。
[0024]图3是本发明实施例中三次相同实验中汽油燃烧的纹影图片。
[0025]图4是本发明实施例中四种不同成分的汽油在不同当量比时层流燃烧速度对比表。
[0026]图中11蒸发器，111蒸发器盖，112锥面，113连接螺栓，12进料管，121活塞，122进料阀门，13出料管，131流量控制阀，132第二温度传感器，133第二加热控制器，14第一温度传感器，15第一气压检测装置，21第一加热控制器，22加热块，3燃烧弹，31真空泵，32第二压力检测装置，33燃烧弹控制装置。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图与具体实施例进行说明。
[0028]实施例一
参见图1至图2。本实施例所描述的定容燃烧弹，由蒸发器11、加热装置和燃烧弹3组成。燃烧弹控制装置33与燃烧弹3信号连接，用于控制点火试验。燃烧弹3为已知产品，本实施例选用的燃烧弹为北京理工8112(:-1^0-^-350。燃烧弹3配置有用于检测燃烧弹内部气压的第二压力检测装置32。第二压力检测装置32采用高精度的电子压力表，本实施例提供一种型号为0此1八0^^011-^-100-100^8的电子压力表，其精度为0.05%？？3。
[0029]蒸发器11为一个密闭容器，该蒸发器设置有进料口和出料口，并配置有用于检测蒸发器内部温度的第一温度传感器14，以及用于检测蒸发器内部气压的第一气压检测装置15。根据蒸发器11内部温度的要求，第一温度传感器14优选为热电偶。第一气压检测装置15使用气压表，以便能够直接观察到蒸发器11内部的气压。
[0030]蒸发器11由腔体和蒸发器盖111构成，所述进料口和出料口设置在蒸发器盖111上，所述蒸发器盖111与腔体之间采用锥面密封。腔体具有一个圆柱形空腔，用不锈钢制成，用于盛放液体燃油，如汽油。
[0031]蒸发器盖111下表面设置有锥面112，以使腔体和蒸发器盖111在连接部件的作用下紧密连接，本实施例示出了采用连接螺栓113连接腔体和蒸发器盖111的情形。
[0032]蒸发器11的出料口与燃烧弹3通过出料管13连接，出料管13管路上安装有流量控制阀131。为防止气态燃料在管路中凝结，在出料管13管路上缠绕有加热部件，如加热带，该加热部件与第二加热控制器133电连接，出料管13上还配置有用于监测管该管路内温度的第二温度传感器132，第二温度传感器132与第二加热控制器133信号连接。实验过程中，根据管路中的温度情况确定是否对管路进行加热。
[0033]流量控制阀131同样是现有产品，现有产品中有多种质量流量控制器可供选择。流量控制阀131的作用在于精确控制燃烧弹内的进气量。
[0034]蒸发器11的进料口上安装有进料管12，该进料管12与注料活塞121连接；进料管12管路上安装有进料阀门122。进料阀门与进料管通过卡套螺母密封连接。
[0035]进料管12和出料管13均可使用不锈钢管，进料阀门122也可采用不锈钢阀门。加热装置包括第一加热控制装置21和用于对蒸发器11加热的加热装置22，前述第一温度传感器14与第一加热控制装置21信号连接。第一加热控制装置21用于控制加热装置22工作，在现有产品中可以很轻易地购买得到。凡是能够为蒸发器11提供持续、可控、稳定的加热装置均可以被采用，例如型号为的温控器。
[0036]真空抽吸设备；用于将蒸发器11、燃烧弹3抽为真空。常用的真空抽吸设备是真空机。本发明定容燃烧弹可以使用一台真空泵，也可以使用两台真空泵。从设备成本及可操作性考虑，优选使用一台真空泵，真空泵32与燃烧弹3连接。使用两台真空泵时，一台与蒸发器连接，另一台与燃烧弹连接。
[0037]实施例二图3和图4示出了使用实施例1所述定容燃烧弹汽油燃烧性能测试实验的效果。
[0038]本实施例是在实施例1所述定容燃烧弹的基础之上进行的，液态燃料为汽油。
[0039]蒸发器放置与加热装置上，加热装置将可蒸发器加热到6001(以上。汽油的终馏温度为4681因此，将加热温度定为4801(,加上蒸发器已被抽真空，便能够保证汽油被完全蒸发。
[0040]在整个实验过程中，先用将初始条件输入匕…工冊分压计算程序，得到所需当量比下汽油分压，然后进行汽油蒸发，控制各压力传感器、温度传感器参数达到所需状态，待汽油完全蒸发后打开流量控制阀进行配气，最后进行点火实验。
[0041]主要步骤为:关闭进料阀门122和燃烧弹进、排气阀门，打开流量控制阀131，使蒸发器11和燃烧弹3共同成为一个密闭空间；利用真空抽吸设备将前述密闭空间抽吸为真空；关闭流量控制阀131，向蒸发器11内注入汽油，关闭进料阀门122 ；利用加热装置将蒸发器加热到4801(,将液体燃料全部蒸发，维持燃料气体状态；打开流量控制阀131，根据汽油燃烧的当量比向燃烧器3内注入一定体积的气态燃料，再通入空气至燃烧器内气压至大气压；点火、实验。
[0042]在加热蒸发器及出料管的同时将燃烧弹也加热到实验所需初始温度。当蒸发器、出料管、燃烧弹温度都达到设定温度并保温一定时间后，整个蒸发系统就像传统定容燃烧系统的一个气瓶。
[0043]接下来是配气过程:采用分压比的方法来实现定容燃烧弹内燃烧不同当量比的汽油空气混合气的目的。实验时，打开流量控制阀放入汽油蒸汽进入燃烧弹到指定压力即可，然后再通入空气到大气压，此时定容燃烧弹内可燃气的当量比即可得到精确控制，完全解决了通过估计燃烧弹内体积而引起的可燃气当量比不能精确控制的问题。此外在燃烧弹上安装精度为0.05级的真空压力表，能将压力精确到10即(压力读数精确到小数点后两位，单位为沿^)，最终实现液体燃料一空气混合气空燃比的精确控制。接着就可以进行点火、实验。图3和图4为利用本发明得到的实验图片。
[0044]图3是当量比为1.0，初始条件为4001(、化虹时三次相同实验中汽油燃烧的纹影图片。可见通过本发明得到的三次实验结果极为相似，证明了本发明的实用性及可靠性，同时证明其在配气过程中当量比控制较为精确。
[0045]图4为汽油中有添加剂时四种不同成分的汽油在不同当量比时层流燃烧速度，四种不同成分的汽油分别是添加有30%添加剂的汽油、添加有20%添加剂的汽油、添加有10%添加剂的汽油和无添加剂的汽油。可见在空燃比小于1.1时，添加添加剂后汽油燃烧速度有较明显的增大，而在空燃比大于1.1时，四种不同成分汽油燃烧速度基本没有差异。此实验亦可证明本发明的实用性及可靠性。
[0046]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种定容燃烧弹，包括燃烧弹(3 )，燃烧弹控制装置(33 )与燃烧弹(3 )信号连接，用于控制点火试验，其特征在于，还包括: 蒸发器(11):为一个密闭容器，该蒸发器设置有进料口和出料口，并配置有用于检测蒸发器内部温度的第一温度传感器(14)，以及用于检测蒸发器内部气压的第一气压检测装置(15)； 加热装置:包括第一加热控制装置(21)和用于对蒸发器(11)加热的加热装置(22)，前述第一温度传感器(14)与第一加热控制装置(21)信号连接； 真空抽吸设备；用于将蒸发器(11)、燃烧弹(3)抽为真空； 所述蒸发器(11)的出料口与燃烧弹(3 )通过出料管(13 )连接，出料管(13 )管路上安装有流量控制阀(131)； 所述燃烧弹(3 )配置有用于检测燃烧弹内部气压的第二压力检测装置(32 )。
2.根据权利要求1所述的定容燃烧弹，其特征在于，所述出料管(13)管路上缠绕有加热部件，该加热部件与第二加热控制器(133)电连接，出料管(13)上还配置有用于监测管该管路内温度的第二温度传感器(132)，第二温度传感器(132)与第二加热控制器(133)信号连接。
3.根据权利要求1所述的定容燃烧弹，其特征在于，所述进料口上安装有进料管(12)，该进料管(12)与注料活塞(121)连接；进料管(12)管路上安装有进料阀门(122)。
4.根据权利要求1所述的定容燃烧弹，其特征在于，所述第一温度传感器(14)为电热偶。
5.根据权利要求1所述的定容燃烧弹，其特征在于，所述蒸发器(11)由腔体和蒸发器盖(111)构成，所述进料口和出料口设置在蒸发器盖(111)上，所述蒸发器盖(111)与腔体之间采用锥面密封。
6.根据权利要求1所述的定容燃烧弹，其特征在于，所述第二压力检测装置(32)为电子压力表。
7.根据权利要求1所述的定容燃烧弹，其特征在于，所述真空抽吸设备为真空泵(32)，真空泵与燃烧弹(3)连接。
8.一种基于以上任一权利要求所述定容燃烧弹的液体燃料燃烧性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将液体燃料注入内部真空的蒸发器，根据实验要求确定注入液体燃料的量； 2)加热液体燃料，至其完全蒸发为气体； 3)采用分压比的方法来实现燃烧弹内燃烧不同当量比的气态燃料与空气的混合气；将预设量的气态燃料注入内部真空的燃烧弹，注入相应量的空气； 4)点火、实验。
9.根据权利要求8所述的定容燃烧弹，其特征在于，具体步骤为: a)关闭进料阀门(122)和燃烧弹进、排气阀门，打开流量控制阀(131)，使蒸发器(11)和燃烧弹(3)共同成为一个密闭空间； b)利用真空抽吸设备将前述密闭空间抽吸为真空； c)关闭流量控制阀(131)，向蒸发器(11)内注入液体燃料，关闭进料阀门(122); d)利用加热装置将蒸发器加热到液体燃料终馏温度以上，将液体燃料全部蒸发，维持燃料气体状态； e)打开流量控制阀(131)，向燃烧器(3)内注入一定体积的气态燃料，再通入空气至燃烧器内气压至大气压； f)点火、实验。
10.根据权利要求9所述的液体燃料燃烧性能测试方法，其特征在于，所述液态燃料为汽油，其燃烧性能测试步骤为: a)关闭进料阀门(122)和燃烧弹进、排气阀门，打开流量控制阀(131)，使蒸发器(11)和燃烧弹(3)共同成为一个密闭空间； b)利用真空抽吸设备将前述密闭空间抽吸为真空； c)关闭流量控制阀(131)，向蒸发器(11)内注入汽油，关闭进料阀门(122); d)利用加热装置将蒸发器加热到480K，将液体燃料全部蒸发，维持燃料气体状态； e)打开流量控制阀(131)，根据汽油燃烧的当量比向燃烧器(3)内注入一定体积的气态燃料，再通入空气至燃烧器内气压至大气压； f)点火、实验。
【文档编号】G01N31/12GK104391074SQ201410526373
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】暴秀超, 陈超, 彭忆强, 童勇, 樊利康 申请人:西华大学