[发明专利]一种气体驱动液滴高速碰壁实验装置

说明书

本发明公开了一种气体驱动液滴高速碰壁实验装置，属于液滴碰壁实验技术领域，包括：气路模块、气流加速控制模块及液滴产生模块；所述气路模块用于提供驱动液滴加速下落的气体，并对气体流量和压力进行控制；所述液滴产生模块用于重复产生单个液滴；所述气流加速控制模块用于对气路模块提供的气体的气流进行引导，消除湍流，产生层流，并通过层流对液滴进行加速处理，使液滴加速下落，滴落在测试平面上；本发明能够真实的模拟发动机内喷雾的形成，且能够方便迅速的改变液滴韦伯数，能够产生9000韦伯数的液滴，实现了液滴的高速碰撞。

技术领域

本发明属于液滴碰壁实验技术领域，具体涉及一种气体驱动液滴高速碰壁实验装置。

背景技术

增压是实现汽油机节能减排的一条重要途径。然而随着汽油机强化程度不断提高，在低转速大负荷工况下出现了一种被称为“超级爆震”的不正常燃烧现象，缸内峰值压力可超过30MPa，压力震荡幅度可超过20MPa，具有极强的破坏性，可造成火花塞断裂、气门熔断或活塞烧蚀。早燃是指火花点火前出现的着火现象，早燃和超级爆震之间存在着密切的联系。超级爆震前一定发生了早燃，早燃是发生超级爆震的必要非充分条件。因而，抑制超级爆震的一条重要途径就是杜绝早燃。机油液滴诱发早燃机理成为目前早燃诱因的主流观点。该机理认为，对于缸内直喷发动机，燃油喷雾碰壁导致气缸壁面的机油油膜被稀释，机油黏度和表面张力降低。机油稀释的比例越大，机油黏度和表面张力降低的幅度就越大。在压缩冲程活塞接近上止点位置时，活塞向上做减速运动，速度与加速度方向相反。此时在气缸壁面、活塞侧面和第一道活塞环所围成的间隙内的机油，容易在惯性力的作用下，以机油液滴的形式进入燃烧室中。机油液滴中含有的部分易燃物质，在机油表面蒸发并形成着火延迟较短的可燃气体，在一定的温度和压力条件下，可燃气体自燃并点燃周围的混合气，最终导致早燃的发生。如果能深入了解液滴碰撞壁面的机理并控制其碰撞效果，则可能缓解汽油机超级爆震的问题。

现有技术中的液体碰壁实验，一般是液滴靠自身重力下落撞击在壁面上，这就导致该实验模型与真实的发动机内部工况相差甚远。首先，传统的实验装置中，液滴靠自身重力下落，忽略了喷射压力及气流对液滴的影响，不能较为真实的模拟发动机内喷雾的形成；其次，目前液滴碰壁装置在针对产生较高韦伯数的液滴所采取的方法是提高针头距离壁面的位置，该方法操作起来费时费力，对于较高的韦伯数有时需要搭建高达几米的实验设备，造成实验过程具有一定危险性；最后，大部分针对液滴碰壁研究的实验装置产生的液滴韦伯数小于3500，对于韦伯数高于3500的研究几乎没有。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种气体驱动液滴高速碰壁实验装置，能够真实的模拟发动机内喷雾的形成，且能够方便迅速的改变液滴韦伯数，能够产生9000韦伯数的液滴，实现了液滴的高速碰撞。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种气体驱动液滴高速碰壁实验装置，包括：气路模块、气流加速控制模块及液滴产生模块；

所述气路模块用于提供驱动液滴加速下落的气体，并对气体流量和压力进行控制；

所述液滴产生模块用于重复产生单个液滴；

所述气流加速控制模块用于对气路模块提供的气体的气流进行引导，消除湍流，产生层流，并通过层流对液滴进行加速处理，使液滴加速下落，滴落在测试平面上。

进一步，还包括加热模块，所述加热模块用于加热液滴滴落的测试平面的温度，来模拟发动机燃烧室内表面的温度。

进一步，所述气路模块包括：压缩气瓶、减压阀和气体流量控制器；减压阀和气体流量控制器均安装在压缩气瓶的出气管道上。

进一步，所述液滴产生模块包括注射器、导管及针头；注射器内装有液体，注射器的出口端通过导管与针头连接并相通，在驱动力的作用下，注射器内的液体通过导管流入到针头中，通过所述针头产生液滴。