[发明专利]一种喷雾截面液相燃料当量比的定量测试系统

说明书

本发明公开了一种喷雾截面液相燃料当量比的定量测试系统。喷油器侧面安装于定容腔体，双脉冲激光片光切割喷雾体截面，并由双曝光相机采集米氏散射信号。信号延迟触发器协调喷油、激光和相机时序关系。利用Zeuch压磁法测量计算脉冲间隔内的喷油质量，结合截面光强分布获得液相燃料当量比的定量空间分布。本发明提供的一种喷雾截面液相燃料当量比的定量测试系统，该测试系统时间响应速度快，空间测量范围广，光路布置简单快捷，适用于诊断非蒸发态多孔喷雾雾化效果的空间分布。

技术领域

本发明属于喷雾光学诊断领域，具体涉及一种喷雾截面液相燃料当量比的定量测试系统。

背景技术

喷雾是液态燃料在气动力、惯性力以及表面张力等共同作用主导下的液柱破碎，小尺寸液滴生成，加快燃料蒸发最终形成可燃混合气的过程，是动力机械的燃烧室内部直接决定燃烧效率和污染物排放水平的先导过程。燃料的当量比是反映雾化形成的可燃混合气燃料与氧化剂的相对含量关系，定义为完全燃烧理论所需要的空气量与实际供给得空气量之比，当量比小于1表示空气量过剩。准确地测量燃烧室内部不同空间位置的燃料当量比分布，以及当量比随时间发展的演化关系，对于合理设计优化燃烧机几何结构，调整合适的喷油策略用以匹配油束空间分布和燃烧室结构有着重大科学意义和理论指导价值。

目前多采用相关经验公式来预测当量比的空间分布关系，缺乏准确的实验数据来验证不同工况条件下经验模型的可靠性。激光吸收散射(LAS)可以同时获得气相和液相的燃料当量比，但该测试技术是基于单束理想喷雾圆锥体的假设来对喷雾图片进行后处理，适用的实验对象比较单一且有很大的局限性。实际发动机中多采用多油束，非理想对称的喷雾结构来拓宽喷雾油束在燃烧室内部的空间分布范围，目前还缺乏有效的光学诊断手段来针对上述实际复杂喷雾结构进行定量的喷雾截面液相燃料当量比的测试系统。

发明内容

鉴于以上所提到的喷雾光学诊断中存在的缺陷，本发明提供了一种喷雾截面液相燃料当量比的定量测试系统，采用单色双脉冲Nd:YAG激光片光照明+喷油器侧置安装方案，配合Zeuch压磁法喷油速率仪测得相应喷射工况下喷油率曲线，用于定量诊断非蒸发喷雾过程中液相燃料当量比在宽广时间空间范围内的分布情况。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种喷雾截面液相燃料当量比的定量测试系统，包括燃油箱，滤清器，电动燃油泵，压力变送器，喷油器驱动器，信号延迟触发器，CCD双曝光相机，图像后处理上位机，Zeuch喷油速率测量仪，Nd:YAG双脉冲激光器，片光成形器，定容腔体，温控适配器，以及喷油器；其中，电动燃油泵将燃油从燃油箱中抽出，经过滤清器过滤杂质后，通过电动燃油泵加压并输送至喷油器入口端，安装于管路中的压力变送器用于监控燃油喷射过程中管路压力波动；喷油器通过温控适配器匹配安装于定容腔体侧面；信号延迟触发器调谐Nd:YAG双脉冲激光器，Nd:YAG双脉冲激光器接收到信号延迟触发器传输的短延迟两帧脉冲触发信号后，Nd:YAG双脉冲激光器内部Q开关开启，两束激光光束从Nd:YAG双脉冲激光器出口先后射出，经过片光成形器整形后转变成1mm后的激光片光，调节片光成形器的位置、焦距以及偏转角度，使片光面垂直于喷油器轴线方向；调节Nd:YAG双脉冲激光器和喷油器驱动器的触发信号时序关系，获得喷油后特定延迟时刻的连续两帧曝光喷雾截面图像，并由CCD双曝光相机采集两帧图像信号，存储于图像后处理上位机中；通过Zeuch喷油速率测量仪测出相同喷油策略下的燃料质量流率，进一步通过梯形数值积分计算连续两帧图像曝光过程中的总燃油喷射量。

本发明进一步的改进在于，激光器采用单色532nm高能Nd:YAG双脉冲激光光源冻结喷雾图像，获得短暂时间间隔内连续两帧喷雾截面光强分布信号。

本发明进一步的改进在于，相机采用高分辨率CCD双曝光相机，能够高效迅速捕获短延迟双帧喷雾截面图像。

本发明进一步的改进在于，CCD双曝光相机镜头前安装有532nm±10nm窄带滤波片，用于过滤环境干扰杂光。