本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種懸掛式單液滴燃燒系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

缸內(nèi)直噴和增壓已成為當(dāng)今汽油機(jī)技術(shù)的主流方向，然而，隨著發(fā)動機(jī)小型化和動力性的提高，增壓汽油直噴發(fā)動機(jī)出現(xiàn)了一種新的異常燃燒現(xiàn)象——早燃，早燃嚴(yán)重影響著發(fā)動機(jī)性能和使用壽命。潤滑油液滴竄入發(fā)動機(jī)燃燒室誘發(fā)低速早燃被認(rèn)為是其中的一個(gè)重要因素，因此，研究潤滑油單液滴的燃燒過程尤為必要。但目前，針對于單液滴燃燒過程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較缺乏，相關(guān)技術(shù)的液滴生成器大多針對低粘度液體燃料，難以滿足潤滑油等高粘度液體的使用。

申請?zhí)枮?01310226776.0的中國專利公開了一種高溫高壓單液滴蒸發(fā)與燃燒裝置，包括供氣裝置，與所述供氣裝置連接的燃燒蒸發(fā)彈體，位于所述燃燒蒸發(fā)彈體上部的單液滴發(fā)生器和單液滴發(fā)生器冷卻裝置，以及通過導(dǎo)線與所述燃燒蒸發(fā)彈體連接的控制單元；所述供氣所述單液滴發(fā)生器包括位于其內(nèi)部的壓電片式噴射器；所述單液滴發(fā)生器冷卻裝置包括與所述單液滴發(fā)生器連接的水泵和位于所述單液滴發(fā)生器內(nèi)部的熱電偶絲溫度傳感器，該專利能夠?qū)崿F(xiàn)對微小液滴蒸發(fā)與燃燒特性的研究，但該裝置使用的是壓電片式噴射器，主要依靠液體腔室內(nèi)容積的細(xì)小變化來產(chǎn)生單液滴，對于粘性較大的液體例如潤滑油不適用；該裝置產(chǎn)生的高溫方式是使用熱電偶加熱空氣進(jìn)而通過空氣加熱液滴，使其蒸發(fā)燃燒，此方式能夠產(chǎn)生的溫度變化范圍有限，不能直接在液滴下落過程中將液滴完全蒸發(fā)燃燒，且未燃燒的液滴會殘留在燃燒彈體內(nèi)，對液滴燃燒蒸發(fā)的拍攝以及溫度場的穩(wěn)定性有的一定負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種懸掛式單液滴燃燒系統(tǒng)，用于研究單液滴燃燒過程。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種懸掛式單液滴燃燒系統(tǒng)，包括輸送懸掛式單液滴的液滴輸送單元、提供高溫環(huán)境的燃燒器單元、為燃燒器單元提供氣體燃料的供氣單元以及記錄單液滴燃燒狀態(tài)的記錄單元，所述的液滴輸送單元設(shè)于燃燒器單元的上部，包括導(dǎo)軌底座、設(shè)于導(dǎo)軌底座上的步進(jìn)電機(jī)、與步進(jìn)電機(jī)的主軸連接的滾珠絲桿，滾珠絲桿的另一端與設(shè)于導(dǎo)軌底座上的滑塊連接，所述的滑塊設(shè)有懸掛單液滴的支架；所述的燃燒器單元包括底座、設(shè)于底座上的外殼以及設(shè)于外殼上部的多孔燃燒盤，所述的多孔燃燒盤上部設(shè)有外層擋圈，所述的外層擋圈與多孔燃燒盤形成用于燃燒單液滴的高溫區(qū)，高溫區(qū)的高度為40-70mm，高溫區(qū)內(nèi)設(shè)有連接計(jì)算機(jī)的溫度傳感器；所述的供氣單元設(shè)于燃燒器單元下部，包括提供空氣協(xié)流的鼓風(fēng)設(shè)備和燃料氣瓶，所述的鼓風(fēng)設(shè)備和燃料氣瓶的輸出端分別連接氣管，氣管匯合后通入燃燒器單元；所述的記錄單元為連接計(jì)算機(jī)的高速攝像設(shè)備，所述的高速攝像設(shè)備對高溫區(qū)內(nèi)單液滴燃燒狀態(tài)進(jìn)行攝像。

所述的外層擋圈外表面環(huán)繞設(shè)有由多圈紫銅管纏繞形成的冷卻水套，所述的外層擋圈避免環(huán)境空氣對多孔燃燒盤協(xié)流火焰造成影響，冷卻水套通過冷卻使外層擋圈的輻射降低。所述的外層擋圈與多孔燃燒盤上表面的凸臺過盈配合密封，所述的冷卻水套通過卡箍貼合在外層擋圈的外表面。

所述的冷卻水套通過水管從冷卻水池中泵水進(jìn)行冷卻，所述的冷卻水池內(nèi)設(shè)有連接計(jì)算機(jī)的溫度傳感器。

所述的燃燒器單元?dú)んw內(nèi)部設(shè)有火焰捕集器，所述的火焰捕集器由網(wǎng)板以及設(shè)于網(wǎng)板上的玻璃珠組成，所述的玻璃珠直徑為2-3mm，填充高度為30mm，所述的火焰捕集器由設(shè)于殼體內(nèi)部的支撐套支撐，火焰捕集器和支撐套與外殼的內(nèi)壁緊密貼合，支撐套的下端與底座貼合，火焰捕集器可促進(jìn)由下方進(jìn)來的協(xié)流混合氣均勻混合，同時(shí)避免火焰向燃料源傳播。

所述燃燒器單元的底座與外殼進(jìn)行焊接密封，底座設(shè)有將供氣單元的混合氣通入的協(xié)流進(jìn)氣孔。

所述的多孔燃燒盤由黃銅制成，多孔燃燒盤上均勻分布直徑為1.6mm的通孔，用以形成穩(wěn)定的火焰，同時(shí)起到防止發(fā)生回火的作用，多孔燃燒盤通過凸臺與外殼上端面過盈配合密封。

所述的鼓風(fēng)設(shè)備輸出端的管路上設(shè)有流量計(jì)、連接計(jì)算機(jī)的壓力傳感器和溫度傳感器，所述的燃料氣瓶輸出端的管路上設(shè)有減壓閥、流量計(jì)、連接計(jì)算機(jī)的壓力傳感器和溫度傳感器，所述的鼓風(fēng)設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī)。

所述的支架的末端由鋼管和粘結(jié)固定于鋼管內(nèi)部的石英纖維絲組成，石英纖維絲的末端設(shè)有懸掛單液滴的球形結(jié)點(diǎn)，有利于形成顆粒大小一致的單液滴。

所述的高速攝像設(shè)備由高速攝像機(jī)、連接至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線、配套電源以及配套軟件組成。

本發(fā)明工作過程為，步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲桿移動，滑塊與滾珠絲桿嚙合，滾珠絲桿推動滑塊沿導(dǎo)軌底座直線運(yùn)動，懸掛單液滴的支架與滑塊通過螺栓固定連接，與滑塊一同運(yùn)動，在支架的末端提前懸掛液滴，由于液滴具有一定的粘度，會在支架的末端短暫停留，通過步進(jìn)電機(jī)將支架推送到位，單液滴在重力和表面張力的作用下最終自由落體滴入高溫區(qū)燃燒；氣體燃料與鼓風(fēng)設(shè)備輸出的空氣在管路中混合形成預(yù)混合氣，最終輸送到燃燒器單元中，減壓閥控制氣體燃料的通斷，流量計(jì)測量空氣和氣體燃料的流量，通過調(diào)節(jié)氣體燃料的流量改變空燃比，控制燃燒器內(nèi)上方火焰溫度。氣體燃料在殼體內(nèi)腔的上部燃燒，在多孔燃燒盤上部形成穩(wěn)定的高溫區(qū)，可以通過溫度傳感器監(jiān)測，單液滴在高溫區(qū)燃燒燃燒，通過高速攝像機(jī)直接拍攝單液滴在高溫區(qū)的燃燒過程，配套電源為高速攝像機(jī)供電，數(shù)據(jù)線連接高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)，高速攝像機(jī)記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，配套軟件控制高速攝像機(jī)的拍攝參數(shù)；溫度傳感器、壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，再傳輸?shù)诫娔X進(jìn)行儲存讀取，控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明的燃燒器通過控制燃料氣體的流量，控制高溫區(qū)域的溫度，實(shí)現(xiàn)不同溫度范圍單液滴蒸發(fā)燃燒，能夠產(chǎn)生700k-1500k的寬域高溫范圍，實(shí)現(xiàn)單液滴的快速蒸發(fā)燃燒；本發(fā)明單液滴產(chǎn)生方式簡單，通過步進(jìn)電機(jī)將懸掛粘附在支架末端的單液滴快速送至高溫區(qū)，適合粘性較大的液體，如潤滑油。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明燃燒器單元的剖視圖；

圖中：1-導(dǎo)軌底座；2-步進(jìn)電機(jī)；3-滾珠絲桿；4-滑塊；5-單液滴；6-溫度傳感器；7-高速攝像設(shè)備；8-計(jì)算機(jī)；9-鼓風(fēng)設(shè)備；10-燃料氣瓶；11-流量計(jì)；12-減壓閥；13-底座；14-冷卻水池；15-水管；16-底座；17-外殼；18-多孔燃燒盤；19-火焰捕集器；20-外層擋圈；21-冷卻水套；22-支撐套；23-協(xié)流進(jìn)氣孔；24-支架；25-高溫區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種懸掛式單液滴燃燒系統(tǒng)，如圖1所示，包括輸送懸掛式單液滴5的液滴輸送單元、提供高溫環(huán)境的燃燒器單元、為燃燒器單元提供氣體燃料的供氣單元以及記錄單液滴5燃燒狀態(tài)的記錄單元。

液滴輸送單元設(shè)于燃燒器單元的上部，由導(dǎo)軌底座1、步進(jìn)電機(jī)2、滾珠絲桿3、滑塊4和懸掛液滴的支架24組成，步進(jìn)電機(jī)2帶動滾珠絲桿3轉(zhuǎn)動，滑塊4與滾珠絲桿3嚙合，滾珠絲桿3推動滑塊4沿導(dǎo)軌底座1直線運(yùn)動，懸掛液滴的支架24與滑塊4通過螺栓固定連接，與滑塊4一同運(yùn)動，支架24的末端由鋼管和粘結(jié)固定于鋼管內(nèi)部的石英纖維絲組成，鋼管外徑為3mm、內(nèi)徑1mm，石英纖維絲直徑為0.4mm，石英纖維絲一端插入鋼管內(nèi)部并使用高溫密封膠固定，石英纖維絲另一端有個(gè)球形結(jié)點(diǎn)，直徑為0.6mm，單液滴懸掛于此球形結(jié)點(diǎn)上。

如圖2所示，燃燒器單元包括底座16、設(shè)于底座16上的外殼17以及設(shè)于外殼17上部的多孔燃燒盤18，多孔燃燒盤18上部設(shè)有外層擋圈20，外層擋圈20與多孔燃燒盤18形成用于燃燒單液滴5的高溫區(qū)25，高溫區(qū)25內(nèi)設(shè)有連接計(jì)算機(jī)8的溫度傳感器6，外層擋圈20外表面環(huán)繞設(shè)有由多圈紫銅管纏繞形成的冷卻水套21，冷卻水套21通過水管15從冷卻水池14中泵水進(jìn)行冷卻，冷卻水池14內(nèi)設(shè)有連接計(jì)算機(jī)8的溫度傳感器6，燃燒器單元?dú)んw17內(nèi)部設(shè)有火焰捕集器19，火焰捕集器19由網(wǎng)板以及設(shè)于網(wǎng)板上的玻璃珠組成，玻璃珠直徑為2-3mm，填充高度為30mm，火焰捕集器19由設(shè)于殼體17內(nèi)部的支撐套22支撐，火焰捕集器19和支撐套22與外殼17的內(nèi)壁緊密貼合，支撐套22的下端與底座16貼合，燃燒器單元的底座16與外殼17進(jìn)行焊接密封，底座13設(shè)有將供氣單元的混合氣通入的協(xié)流進(jìn)氣孔23，多孔燃燒盤18由黃銅制成，多孔燃燒盤18上均勻分布直徑為1.6mm的通孔，本實(shí)施例為1.6mm，多孔燃燒盤18通過凸臺與外殼17上端面過盈配合密封。

供氣單元設(shè)于燃燒器單元下部，包括提供空氣協(xié)流的鼓風(fēng)設(shè)備9和燃料氣瓶10，鼓風(fēng)設(shè)備9和燃料氣瓶10的輸出端分別連接氣管，氣管匯合后通入燃燒器單元，鼓風(fēng)設(shè)備9輸出端的管路上設(shè)有流量計(jì)11、連接計(jì)算機(jī)8的壓力傳感器13和溫度傳感器6，燃料氣瓶10輸出端的管路上設(shè)有減壓閥12、流量計(jì)11、連接計(jì)算機(jī)8的壓力傳感器11和溫度傳感器6，鼓風(fēng)設(shè)備9為鼓風(fēng)機(jī)。

記錄單元為連接計(jì)算機(jī)的高速攝像設(shè)備，高速攝像設(shè)備對高溫區(qū)25內(nèi)單液滴5燃燒狀態(tài)進(jìn)行攝像，高速攝像設(shè)備7由高速攝像機(jī)、連接至計(jì)算機(jī)8的數(shù)據(jù)線、配套電源以及配套軟件組成。

具體操作時(shí)，在支架的末端提前懸掛液滴，由于液滴具有一定的粘度，會在支架的末端停留，通過步進(jìn)電機(jī)將支架推送到位，在高溫區(qū)燃燒；氣體燃料與鼓風(fēng)設(shè)備輸出的空氣在管路中混合形成預(yù)混合氣，最終輸送到燃燒器單元中，減壓閥控制氣體燃料的通斷，流量計(jì)測量空氣和氣體燃料的流量，通過調(diào)節(jié)氣體燃料的流量改變空燃比，控制燃燒器上方火焰溫度。通過高速攝像機(jī)直接拍攝單液滴在高溫區(qū)的燃燒過程，配套電源為高速攝像機(jī)供電，數(shù)據(jù)線連接高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)，高速攝像機(jī)記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，配套軟件控制高速攝像機(jī)的拍攝參數(shù)；溫度傳感器、壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，再傳輸?shù)诫娔X進(jìn)行儲存讀取，控制實(shí)驗(yàn)過程。