本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)燃燒檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒實(shí)驗(yàn)裝置及其方法。

背景技術(shù)：

影響內(nèi)燃機(jī)中液體燃料燃燒的因素主要有液體燃料的破碎、蒸發(fā)以及與空氣的混合等。其中，液滴燃燒是最關(guān)鍵的一環(huán)。液滴燃燒是伴隨著傳熱、傳質(zhì)、氣體流動(dòng)等復(fù)雜物理化學(xué)過程。當(dāng)燃料液滴經(jīng)過加熱后，在其表面先蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽向四周擴(kuò)散并與周圍的空氣混合，然后開始燃燒,即液滴的燃燒通常是以蒸汽狀態(tài)進(jìn)行的。液滴燃燒常常是擴(kuò)散燃燒，燃燒速度快，蒸發(fā)速度慢，蒸發(fā)速度決定了燃燒速度，從而影響內(nèi)燃機(jī)的性能。因此，準(zhǔn)確把握液滴蒸發(fā)過程和燃燒過程，對(duì)于加快液體燃料的燃燒、改善燃燒環(huán)境、提高燃燒效率，從而節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，都具有十分重要的意義。

目前，針對(duì)液滴蒸發(fā)與燃燒的實(shí)驗(yàn)裝置基本都存在兩大嚴(yán)重缺陷：首先，液滴蒸發(fā)與燃燒裝置都是針對(duì)單液滴的，沒有針對(duì)多液滴的裝置；其次，大多數(shù)蒸發(fā)與燃燒裝置都是將液滴懸掛于一個(gè)熱電偶絲上，但是熱電偶絲的焊接點(diǎn)會(huì)影響液滴的形狀，并且在蒸發(fā)過程中存在局部熱點(diǎn)，造成受熱不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)無法研究微小自由形狀多液滴的蒸發(fā)與燃燒特性的問題，提供了一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒實(shí)驗(yàn)裝置及其方法。

本發(fā)明的裝置包括包括蒸發(fā)與燃燒室、聲懸浮裝置、聲懸浮控制系統(tǒng)、控制單元，所述蒸發(fā)與燃燒室包括蒸發(fā)燃燒室殼體、不銹鋼加熱棒、溫度傳感器a和溫度傳感器b，所述蒸發(fā)燃燒室殼體為圓筒狀，多根所述不銹鋼加熱棒在所述蒸發(fā)與燃燒室內(nèi)、沿底部均勻布置，所述溫度傳感器a和溫度傳感器b設(shè)于蒸發(fā)燃燒室殼體側(cè)壁呈對(duì)稱布置，所述蒸發(fā)與燃燒室兩側(cè)中各開有一個(gè)觀察窗；所述聲懸浮裝置包括變頻器、反射器和變頻器與反射器對(duì)齊工具，所述變頻器為圓柱狀，設(shè)于所述蒸發(fā)與燃燒室頂部并與蒸發(fā)與燃燒室同軸，變頻器的下端伸入蒸發(fā)燃燒室殼體內(nèi)，所述變頻器與反射器對(duì)齊工具設(shè)于變頻器上端；所述反射器設(shè)于變頻器的正下方；所述聲懸浮控制系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和功率計(jì)，所述信號(hào)發(fā)生器通過導(dǎo)線依次連接功率放大器、功率計(jì)和反射器；所述控制單元通過導(dǎo)線分別與不銹鋼加熱棒、計(jì)算機(jī)、溫度傳感器a和溫度傳感器b連接。。

本發(fā)明還包括支架，所述支架設(shè)于蒸發(fā)與燃燒室底部，用于支撐整個(gè)蒸發(fā)裝置。

本發(fā)明還包括圖像采集裝置和計(jì)算機(jī)；所述圖像采集裝置包括光源、高速攝像機(jī)和信號(hào)同步控制器；所述高速攝像機(jī)和光源分別正對(duì)蒸發(fā)與燃燒室兩側(cè)的觀察窗；所述信號(hào)同步控制器位于控制單元內(nèi)，所述高速攝像機(jī)通過導(dǎo)線與所述信號(hào)同步控制器連接；所述計(jì)算機(jī)與所述控制單元通過導(dǎo)線連接。

所述觀察窗內(nèi)部嵌有的透明光學(xué)材料為光學(xué)石英玻璃，所述觀察窗與所述光學(xué)石英玻璃之間采用增強(qiáng)柔性墊密封。

所述蒸發(fā)與燃燒室的圓柱狀殼體選用耐高溫的304不銹鋼材料，外表面噴涂保溫材料。

所述蒸發(fā)與燃燒室的圓柱狀殼體頂部安裝聲懸浮變頻器，底部安裝聲懸浮反射器，變頻器和反射器共同作用懸掛液滴。

所述裝置各部件之間均采用螺紋連接，以保證在高溫高壓下工作時(shí)部件的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的方法為，首先，調(diào)整變頻器與反射器對(duì)齊工具使變頻器和反射器完全正對(duì)，打開信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和功率計(jì)，產(chǎn)生適宜強(qiáng)度的聲波；然后，將液滴懸掛于變頻器和反射器之間的軸線上；之后，設(shè)定目標(biāo)溫度，利用所述不銹鋼加熱棒對(duì)所述蒸發(fā)定容彈體進(jìn)行加熱，并通過所述溫度傳感器測(cè)量所述蒸發(fā)定容彈體內(nèi)部的溫度，通過導(dǎo)線將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)傳送到位于所述控制單元內(nèi)的溫度控制儀，所述溫度控制儀根據(jù)傳送的溫度數(shù)據(jù)控制所述不銹鋼加熱棒的加熱功率；最后，調(diào)整所述高速攝像機(jī)的工作位置和光源的位置后，開始進(jìn)行拍攝，記錄整個(gè)蒸發(fā)燃燒過程中的數(shù)據(jù)，通過對(duì)圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到蒸發(fā)燃燒過程中液滴尺寸隨時(shí)間的變化曲線。

懸浮于所述聲懸浮變頻器與反射器之間的軸線上的微小液滴為4-6顆液滴。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

首先，本發(fā)明采用聲懸浮裝置與燃燒室結(jié)合的方式，可以同時(shí)懸掛多個(gè)微小液滴，解決了當(dāng)前無法實(shí)現(xiàn)對(duì)多液滴蒸發(fā)與燃燒特性的研究的難題；

其次，本發(fā)明采用聲懸浮裝置代替原有熱電偶絲懸掛液滴的方式，將液滴懸掛于空中，不與任何物體接觸，解決了熱電偶絲的焊接點(diǎn)影響液滴的形狀、在蒸發(fā)過程中存在局部熱點(diǎn)，造成受熱不均勻的難題，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自由液滴；

最后，本發(fā)明在蒸發(fā)與燃燒室內(nèi)均勻布置加熱棒的方式，可以迅速對(duì)蒸發(fā)與燃燒室進(jìn)行加熱，且加熱均勻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—蒸發(fā)與燃燒室；2—控制單元；3—高速攝像機(jī)；4—溫度傳感器；5—計(jì)算機(jī)；6—變頻器；7—變頻器與反射器對(duì)齊工具；8—信號(hào)發(fā)生器；9—小液滴；10—溫度傳感器；11—功率放大器；12—光源；13—功率計(jì)；14—反射器；15—加熱棒。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明的一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒裝置作進(jìn)一步的描述：

本發(fā)明的一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒裝置包括聲懸浮裝置、蒸發(fā)與燃燒室1、聲懸浮控制系統(tǒng)、控制單元2。所述聲懸浮裝置包括變頻器6、反射器14和變頻器與反射器對(duì)齊工具7；所述蒸發(fā)與燃燒室包括蒸發(fā)燃燒室本體1、多根均勻布置不銹鋼加熱棒15、觀察窗和溫度傳感器4和10；所述聲懸浮控制系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器8、功率放大器11和功率計(jì)13；所述控制單元通過導(dǎo)線分別與所述聲懸浮裝置、所述蒸發(fā)與燃燒室1連接。

本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述不銹鋼加熱棒15均布在所述蒸發(fā)與燃燒室1內(nèi)部，采用螺紋連接方式與所述蒸發(fā)與燃燒室1底部相連，采用蒸發(fā)與燃燒室1內(nèi)部均布加熱棒的方式，可以迅速加熱且加熱均勻。

本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述蒸發(fā)與燃燒室1兩個(gè)側(cè)面中各開有一個(gè)觀察窗；一個(gè)用于安放高速攝像機(jī)3，一個(gè)用于安置光源12.

本發(fā)明的一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒裝置的工作流程為：首先，設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度，利用所述不銹鋼加熱棒15對(duì)所述蒸發(fā)與燃燒室1進(jìn)行加熱，并通過所述溫度傳感器測(cè)量所述蒸發(fā)與燃燒室1內(nèi)部的溫度，通過導(dǎo)線將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)傳送到所述控制單元2，所述控制單元2內(nèi)的溫度控制儀根據(jù)傳送的溫度數(shù)據(jù)控制所述不銹鋼加熱棒15的加熱功率；然后，利用聲懸浮控制系統(tǒng)產(chǎn)生聲波，調(diào)節(jié)變頻器與反射器對(duì)齊工具7使變頻器6與反射器14對(duì)齊，將微量注射泵產(chǎn)生的微小液滴9懸掛于聲懸浮變頻器6與反射器14之間，逐一懸掛液滴，一般懸掛4-6顆液滴為好；采用所述光源12對(duì)背部進(jìn)行照射，以使高速攝像機(jī)拍攝的圖片亮度高一些，記錄整個(gè)液滴蒸發(fā)與燃燒過程中的數(shù)據(jù)，通過對(duì)圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到蒸發(fā)燃燒過程中液滴直徑隨時(shí)間的變化曲線(液滴直徑平方比)。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種聲懸浮多液滴蒸發(fā)與燃燒裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中采用具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有修改、改進(jìn)之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。