内燃机沸腾传热试验测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，包括提供用于循环的冷却介质的储液罐，以及通过管道与储液罐连接用于模拟内燃机缸盖冷却通道的模拟通道，冷却介质流经该模拟通道，该模拟通道由传热底板、第一石英板和第二石英板以及第三石英板组成，其中，通道底壁上设置有用于加热该传热底板从而加热流经通道内的冷却介质的加热块，传热底板内分层设置有多个温度测量点，以用于获取所述传热底板不同高度处的温度值，模拟通道入口和出口处均设置有用于获取冷却介质温度和流量的温度传感器和流量传感器；通过获取进入模拟通道前后的不同温度、流量和压力条件下壁面换热量与壁面温度关系，即可获得缸盖冷却通道内冷却液的沸腾‘传热特性。
【专利说明】内燃机沸腾传热试验测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机沸腾冷却【技术领域】，具体涉及一种内燃机沸腾传热试验测量装 置。 技术背景
[0002] 内燃机冷却系统会直接影响到内燃机的燃烧、排放等性能指标，同时对零部件的 可靠性也有重要影响。另外，它也是制约内燃机升功率进一步增加的重要因素。内燃机工 作期间，燃料燃烧会释放出大量的热量，会对内燃机的零部件造成强烈的热冲击，与高温燃 气接触的内燃机零部件（如活塞、气缸盖、进排气门等）就会被强烈加热，产生很大的热负 荷，长期处在高温状态。假使这些高温零部件的热量不能及时地散去，就会造成内燃机过热 现象的产生，同时会造成一系列的不良问题。比如：高温会影响零部件材料的力学性能，影 响零部件的寿命；会破坏内燃机各零部件间的油膜。但是散热过度也会引起不良状况的出 现，例如：燃烧品质变坏，内燃机功率下降；润滑油粘度会有所加大，不能正常润滑等。随着 新一代内燃机朝着高爆压高功率密度发展，几乎所有高功率密度内燃机都面临着严峻的热 负荷问题，对冷却系统提出新的挑战和要求，促使高温沸腾冷却技术成为现代冷却系统设 计的必然发展趋势。
[0003] 为研究内燃机冷却水腔内的沸腾传热效果，目前一般采用建立数学模型的方法进 行仿真计算，也有关于内燃机冷却通道沸腾的实验装置，但其仅仅是基于缸盖温度测量试 验改进的。首先基于数值计算判断缸盖水腔壁面的高温区域（高温区域的判断比较精确）， 然后通过测量发动机在某一工况下距缸盖水腔侧高温区域的温度梯度以大致获得高温区 域的壁面温度与壁面热流量，最后基于发动机的负荷特性试验（或者采用可控水泵控制其 冷却液流量保持一致）以获得高温区域壁面热流密度随壁面温度的变化关系，最终可以判 断该高温区域在发动机某工况下的沸腾状况（泡核沸腾状况下壁面热流密度随壁面温度 的升高大幅提高，而膜态沸腾状况下壁面热流密度随壁面温度的升高反而下降）。
[0004] 上述实验装置只能获取内燃机冷却通道进出的冷却液的温度，压力和流量等数 据，而且实际测量中需要在缸盖上打出测量孔，这样会破坏缸盖的热流线，导致缸盖的热流 密度产生变化，使获得的数据失真。该方法只能得到发动机在某一工况下的散热所能带出 的热量，而不能准确的获得缸盖散热的温度梯度，很难精确获得高温区域的壁面温度和壁 面热流量。因此，该装置只能够定性的测量出内燃机冷却水腔内沸腾传热特性，而且该方法 测量精度较低；若要判断某冷却液流量下缸盖水腔内的沸腾状况，需要进行大量的试验测 量，试验工作量过于庞大；此外，由于内燃机冷却系统过于复杂，很难准确的对冷却液流量、 冷却液温度与冷却系统压力进行单因子变化控制。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种内燃机缸盖沸腾冷却传 热的实验测量装置，其通过设置与内燃机缸盖冷却液通道相当的实验装置，不仅可以准确 的获得缸盖冷却通道内冷却液的沸腾传热特性，而且可以解决对冷却液流量、冷却液温度 与冷却系统压力进行优化实验时，实验工作量过于庞大的问题，从而可以在较小的工作量 的情况下得到较为准确的结果。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明提供一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装 置，通过设置与内燃机缸盖冷却液通道相当的部件，并对模拟的内燃机缸盖冷却通道内冷 却液的温度、压力、流量进行测量，从而获得内燃机冷却通道对沸腾传热特性的影响，其特 征在于，
[0007] 该装置包括提供用于循环的冷却介质的储液罐，以及通过管道与所述储液罐连 接，用于模拟内燃机缸盖冷却通道的模拟通道，所述冷却介质流经该模拟通道，该模拟通道 由作为通道底壁的传热底板、作为通道两对立的两侧壁的第一石英板和第二石英板以及作 为通道顶壁的第三石英板组成，其中，所述通道底壁上设置有用于加热该传热底板从而加 热流经通道内的冷却介质的加热块，以模拟气缸壁面传递给冷却通道侧的热量，所述传热 底板内分层设置有多个温度测量点，以用于获取所述传热底板不同高度处的温度值，利用 傅里叶导热定律进而推算出壁面换热量与壁面温度，所述模拟通道入口和出口处均设置有 用于获取冷却介质温度和流量的温度传感器和流量传感器；
[0008] 通过获取进入模拟通道前后的不同温度、流量和压力条件下壁面换热量与壁面温 度关系，即可获得缸盖冷却通道内冷却液的沸腾传热特性。
[0009] 作为本发明的改进，所述加热底板上的不同高度上分别布置有多个热电偶，用于 获得该传热底板不同高度处的平均温度。
[0010] 作为本发明的改进，所述加热底板的作为所述模拟通道底面的壁面上也设置有热 电偶，用于测量模拟通道底壁面的温度。
[0011] 作为本发明的改进，所述加热底板中嵌有紫铜加热块，该加热块内设置有多个加 热孔，用于容置电加热棒，以对加热块进行加热。
[0012] 作为本发明的改进，所述加热底板底部贴合设置高频感应加热器，以用于对加热 底板进行加热。
[0013] 作为本发明的改进，三块石英板和所述加热底板围成矩形通道且两端通过方形法 兰夹紧固定，该方形法兰再通过法兰与管路连接，以实现模拟通道与管路相同用于冷却介 质的进入和流出。
[0014] 作为本发明的改进，所述第一石英板和第二石英板通过侧面夹板夹紧，以使得其 与第三石英板和传热底板密封接触。
[0015] 作为本发明的改进，所述三块石英板和所述加热底板分别镶嵌固定设置本构体开 槽的四边壁面上，从而中间围成矩形通道，三块石英板和所述加热底板与本构体通过石棉 垫密封填充。
[0016] 作为本发明的改进，还包括散热器，其入口与所述模拟通过连接，出口与所述储液 罐连通，用于冷却从所述模拟通道流出的冷却介质，使其回流到储液罐以循环利用。
[0017] 作为本发明的改进，还包括水泵，其设置在储液罐出口处，用于对进入模拟通道的 冷却介质提供动力，并可通过改变水泵的转速改变调节进入模拟通道的冷却介质的流速和 流量。
[0018] 本发明中，储液罐不仅提供循环的冷却介质，还保证冷却介质的进入试验段之前 的压力和温度。
[0019] 本发明中，可以通过变频柜来调节转速的水泵。水泵为冷却介质的循环提供动力， 使用变频柜对水泵的输入功率进行调节，改变水泵的转速，水泵转速的变化就可以改变管 道中的冷却介质的流量。
[0020] 装有加热块和石英玻璃的实验段，实验段可改变加热块的功率调节加热块的温 度，再根据冷却介质的流速、温度、压力等因素得到冷却介质的沸腾传热特性。
[0021] 散热器，连接在实验段的后面，可以冷却从实验段流出的冷却介质，使介质回到储 液罐的温度不至于过高。
[0022] 本发明中，储气罐和储液罐相连，储气罐中的气体可为储液罐提供压力，保证冷却 介质进入实验段的时的压力。储液罐上装有PT100热电阻，当储液罐中的冷却液温度过低 时，PT100热电阻可以给冷却液加热。水泵在储液罐的后端，为实验段冷却介质的流动提供 动力。实验段在水泵之后，是整个实验装置的主体部分。散热器在实验段的储液罐之间，用 于冷却实验段流出的冷却介质。整个装置形成一个封闭的循环系统。整个实验装置的各设 备之间都以标准管道连接，测控装置布置在实验装置的各部分。
[0023] 本发明的实验装置主机架可通过地脚螺栓固定在地面。
[0024] 本发明的实验主体装置即实验段由以不锈钢矩形通道、石英玻璃、加热块组成 (方案一加热块材料为紫铜，方案二加热块材料为铸铁），以矩形通道模拟内燃机缸盖内的 冷却通道。石英玻璃为透明介质，通过石英玻璃可对沸腾现象和过程进行观察，便于高速 相机对沸腾过程中气泡的生成、长大、运动和破灭过程进行拍照，为后续的图像处理提供素 材。加热块的加热功率可以连续调整，进而模拟内燃机不同负荷下通过气缸壁面传递给冷 却通道侧的热量。
[0025] 本发明的动力系统包括水泵、变频柜。电源和变频柜相连，变频柜和水泵相连，通 过改变变频柜的输出频率，就可以改变水泵的转速，以此可以调整冷却介质在实验段的流 动速度和流量。本实验台架采用变频器对水泵转速进行调节，从而实现水泵流量连续可调。 变频柜一般都是采用交流一直流一交流变频变压的变换环节。它首先将工频交流电通过整 流器转变成直流电，然后再将直流电逆变成频率和电压可调的交流电。变频柜电路主要由 主电路和控制电路组成，主电路一般又由整流电路、直流中间和逆变电路三部分组成。
[0026] 本发明的测量装置由收集线路、温度传感器、电磁阀、压力计和高速摄像机组成， 温度传感器可测出实验段前后冷却介质的温度，电磁阀可测出管道中冷却介质的流量和流 速，压力计可得到实验段前后的冷却介质的压力，冷却介质的温度、压力、流量和流速都经 收集线路导入计算机。高速摄相机则实时拍摄实验段冷却液的加热状况。
[0027] 实验段方案一主要由三块石英玻璃和一块底板嵌合密封而成。石英玻璃用在实验 段的两侧面和顶面，以便从侧面和顶面观察实验段的沸腾现象。整个试验段两端嵌入到方 形法兰中，再与进出管路通过法兰进行连接，两端的法兰通过四根丝杆进行压紧。另外，为 了实验段更好的压紧密封，侧面用两块夹板进行相向螺栓预紧。考虑到铜的导热系数较高， 不至于相同热流密度的条件下，加热块温度梯度过大，同时，也可以缩短热响应时间。紫铜 加热块嵌入到实验段底板中，使其直接接触加热通道中的冷却介质，缝隙处用石棉垫，密封 胶进行密封。为获取宽阔的加热功率范围，采用进口高功率电加热棒进行加热。加热系统由 一个接触式调压器和十三根电加热棒组成，电热棒置于加热块的通孔中。每个电加热棒最 大功率350W，保证加热块表面的高热流密度，保证介质在流经实验段的有限空间与时间内 达到沸腾。另外，通过加热器调节加热棒的输入电压，从而来调节加热块的热流密度。由于 电加热棒热量散布存在一定的非均匀性，最上面的加热棒与加热表面之间预留一段距离的 热量传导区，其目的是让加热块加热表面的热流密度相对比较均匀。另外，为了准确获得加 热块的热流密度，利用傅里叶导热定律，在加热块侧面三个不同高度位置处布置了 9根热 电偶，每个高度位置布三个测点，每个高度位置的温度取该位置三个测点温度的平均值。另 外还布置一根热电偶用于测量通道底板附近的壁温；在加热块最底面也布置一根热电偶， 用于监测加热块的温度。
[0028] 实验段方案二主要有本构体、三块石英玻璃板与对应的压板和底面铸铁组成。石 英玻璃板用在实验段的顶面和侧面，以便从侧面和顶面观察冷却液沸腾现象。三块石英玻 璃板分别嵌在本构体的顶面和前后两侧面，并分别由对应的压板压紧，每块压板四周均匀 布置有十四个压板螺钉孔，可使用螺钉将每个压板固定在本构体上。为了防止冷却液的渗 漏，三块石英板和本构体接触的地方使用石棉垫填充。底面铸铁直接嵌在本构体的底部，直 接对冷却液进行加热，中间使用石棉垫填充后直接使用螺钉将底面铸铁压紧并固定在本构 体上。同时面铸铁上设置有两层底面铸铁温度测量孔，以获得底面铸铁不同高度处的温度 值。功率可连续性调节的频感应加热器紧贴底面铸铁的底部。最后本构体的两端直接与管 道口方形法兰进行连接，中间使用烯垫片，并使用螺钉在本构体法兰螺钉孔处压紧固定。
[0029] 所诉储液罐中的温度采用PID智能控制仪控制，温度控制系统主要由加热管、 PtlOO热电阻、调压器、智能控制仪以及继电器等组成。PtlOO热电阻是温控系统的传感器， 智能控制仪表是温控系统中的控制器，继电器是温控系统中的执行机构。Pt 100热电阻主要 是测量储液罐中出口介质的温度。而智能控制仪输入Pt 100热电阻温度信号，仪表上可以 任意设置吸合值与释放值。设置的吸合值略小于释放值，当智能控制仪输入的信号温度值 小于所设置的吸合值时，继电器吸合，加热管通电加热；当智能控制仪输入的信号温度值大 于所设置的释放值时，继电器释放，加热管断电停止加热。同时，选用调压器对加热管输入 电压进行调节，调节加热速率。这样一来，可以较好的实现介质入口温度稳定。另外，对于 介质流入实验段加热，介质温度会有略微升高，在介质回储液罐之前，加一个散热器，将这 部分热量带走，让整个系统维持热量平衡。
[0030] 所诉储液罐中的压力通过变频柜调节水泵流量的同时，出口压力也在变化，这样 造成实验段入口介质的压力也是不断变化的。要实现实验段介质流速变化的同时，实验段 入口介质压力不变，就要考虑对储液罐中的介质进行加压，这样就需要一套压力控制系统。 压力控制系统主要是由储气罐、储液罐、压力传感器、电磁泄压阀、智能控制仪以及消音器 组成。储气罐中是高压氮气，通过减压阀进入储液罐，对储液罐中的介质进行加压，减压阀 可以调节进入储液罐中气体的压力。压力传感器是测量储液罐上部气体的压力。而智能控 制仪仪表上可以设置吸合值与释放值。设置的吸合值略大于释放值，当智能控制仪输入的 信号压力值大于所设置的吸合值时，继电器吸合，电磁泄压阀通电打开，进行排气；当智能 控制仪输入的信号压力值小于所设置的释放值时，继电器释放，电磁泄压阀断电关闭，停止 排气。为了避免排气伤人，用一根耐高温高压的橡胶管接在电磁泄压阀的出口，将橡胶管出 口引到墙角，同时在橡胶管出口安装一个消音器，减小排气的轰鸣声。为了防止电磁泄压阀 排气量过大而造成储液罐中压力波动较大，在电磁泄压阀前面装一个铜质闸阀，可以调节 阀门的开度，将阀门的开度尽量调节的比较小，这样让电磁泄压阀每次开启的排气量较少， 避免出现压力波动过大。通过压力控制系统的调节控制，可以比较好的控制实验段入口的 介质的压力。
[0031] 本发明公开了一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，包括：储气罐和储 液罐相连，储气罐中的气体可为储液罐提供压力，保证冷却介质进入实验段的时的压力。水 泵在储液罐的后端，为实验段冷却介质的流动提供动力。实验段在水泵之后，主要由三块石 英玻璃和一块底板嵌合密封而成。石英玻璃用在实验段的侧面和顶面，以便从侧面和顶面 观察实验段的沸腾现象。
[0032] 试验段方案一两端嵌入到方形法兰中，再与进出管路通过法兰进行连接，两端的 法兰通过四根丝杆进行压紧。另外，为了实验段更好的压紧密封，侧面用两块夹板进行相向 螺栓预紧。考虑到实验段的加热措施，紫铜加热块嵌入到实验段底板中，使其直接接触加热 通道中的冷却介质，缝隙处用石棉垫，密封胶进行密封。加热系统由一个接触式调压器和 十三根电加热棒组成，电热棒置于紫铜加热块的通孔中。每个电加热棒最大功率三百五十 瓦，保证加热块表面的高热流密度，保证介质在流经实验段的有限空间与时间内达到沸腾。 另外，为了准确获得加热块的热流密度，利用傅里叶导热定律，在加热块侧面三个不同高度 位置处布置了九根热电偶，每个高度位置布三个测点，每个高度位置的温度取该位置三个 测点温度的平均值。另外还布置一根热电偶用于测量通道底板附近的壁温；在加热块最底 面也布置一根热电偶，用于监测加热块的温度。
[0033] 实验段方案二由三块石英玻璃板嵌在本构体中，石英板与本构体接触处使用石棉 垫填充，以防止冷却液渗漏，再使用压板将石英板压紧，为了防止压板压力不均匀导致石英 板断裂，在压板周围布置了十四个螺钉孔，保证石英板受力均匀。底面铸铁加热块也嵌在本 构体之中，之间同样使用石棉板填充，加热块底部布置有螺钉孔用于机械固定铸铁加热块。 通过感应加热器的感应线圈对铸铁加热块进行感应加热，进而获取不同加热功率。此外，为 了准确获得加热块的热流密度，在底面铸铁上布置两层温度测量孔。
[0034] 实验段是整个实验装置的主体部分。散热器在实验段的储液罐之间，用于冷却实 验段流出的冷却介质。整个装置形成一个封闭的循环系统。整个实验装置的各设备之间都 以标准管道连接，测控装置布置在实验装置的各部分。
[0035] 总体而言，本发明的装置与现有技术手段相比，将发动机冷却通道"挪"到发动机 之外，不仅可以更加灵活的调节冷却液经过实验段前后的温度、压力、流量和流速等参数， 且数据测量较为准确，而且加热块的加热功率可以使用加热器连续调节，使用更加灵活。而 且温度的测量是在加热块上，使获得数据更加精确可靠。具体地，本发明具有以下技术特 占·
[0036] 1)本发明中设置有智能控制装置，能够自动调节储液罐中冷却液的温度和压力 值。水泵的转速可以根据变频柜进行调节，加热块的加热功率也可以依据加热器进行调节， 使实验过程更加简单省时。
[0037] 2)本发明的实验段使用三块石英玻璃板，可以使冷却液的沸腾的发生，长大和破 灭过程更加精确客观被实时观察。
[0038] 3)本发明实验段前后冷却液温度和压力的测量紧贴实验段，使得数据更加精确， 且实验段方案一在加热块侧面三个不同高度位置处布置了 9根热电偶，每个高度位置布三 个测点，每个高度的温度取该高度三个测点的平均值。另外还有一根热电偶测量通道底板 附近的壁温。实验段方案二在底面铸铁板上设置了两层测量点，可以减少测量孔对热流大 的干扰。两种方案都可以使得测出的加热块热流密度更精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1是本发明整体实验装置的结构示意图图；
[0040] 图2是本发明实验段方案一横剖面的结构示意图；
[0041] 图3是本发明实验段方案一纵剖面的结构示意图；
[0042] 图4是本发明实验段方案二横剖面的结构示意图；
[0043] 图5是本发明实验段方案二纵剖面的结构示意图。
[0044] 在所有附图中，相同的附图标记代表同样的技术特征，其中，1.水泵（变频），2.调 节阀，3.电磁流量计，4.实验段，5.压力传感器，6.温度传感器，7.紫铜加热块，8.高速照 相机9.热电偶，10.实验段顶面石英玻璃板，11.冷凝器，12.散热器，13.泄压阀（电磁）， 14.储液罐，15.储气罐出口阀，16.储气罐，17.液位计，18.排水阀，19.储液罐温控器， 20. PT100热电阻，21.实验段方形法兰，22.丝杆，23.侧面夹板，24.石棉垫，25.铸铁底板， 26.密封胶，27.通道底板温度测点，28.电加热棒孔，29.加热块侧面温度测点，30.管道口 方形法兰，31.法兰螺栓，32.加紧螺栓，33.实验段前侧面石英玻璃板，34.实验段后侧面石 英玻璃板；35.本构体法兰螺钉孔，36.本构体，37.顶部石英板，38.顶部压板，39.底面铸 铁块螺钉孔，40.底面铸铁，41.高频感应加热器，42.底面铸铁温度测量孔，43.前侧面压 板，44.压板螺钉孔,45前侧面石英板,46.后侧面压板,47,后侧面石英板。其中实验装置 主体实验段方案一 4指包括部件7-10以及21-34的整体结构；实验段方案二4指包括部件 8、24、30以及35-47的整体部件。
【具体实施方式】
[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进 行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。 此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就 可以相互结合。
[0046] 如图1所示，本发明实施例的内燃机缸盖沸腾传热实验装置主体包括储气罐16和 储液罐14相连，储气罐16中的压缩气体进入储液罐14为冷却介质提供压力，保证冷却介 质进入实验段4即模拟通道（实验段4有两套不同的方案）时的压力，储液罐14上装有 PT100热电阻20,当储液罐14中的冷却液温度过低时，PT100热电阻20可以给冷却液加热。
[0047] 储液罐14中的冷却液的压力和温度稳定后，冷却液经过连接在储液罐14后端的 水泵1，水泵1的转速可以调节连接在其上的变频柜进行调节，水泵1的转速变化就可以改 变冷却液在管道中的流速，水泵1即为实验段4冷却介质的流动提供动力，又可以为实验时 冷却液的流速和流量的改变提供动力。
[0048] 冷却液经过水泵1之后就进入整个实验装置的主体部分实验段4之中。冷却液进 入实验段4之前的压力和温度可在储液罐14中进行调节，改变紫铜加热块7的功率，可以 改变对冷却液的加热速度。
[0049] 通过改变冷却液进入实验段之前的温度和压力，再改变冷却液在实验段的加热速 率，经电磁流量计3、安装在实验段入口和出口的压力传感器5与温度传感器6,将测得上述 数据导入计算机经计算整合就可以得到冷却液在不同工况下的沸腾传热特性。
[0050] 冷却液流出实验段4之后由于经过加热温度较进入实验段之前高很多，所以要进 入到散热器12之中将热量散出去，让冷却液流入储液罐14的时候温度和流出是相当，避免 储液罐14中的冷却液温度过高。整个装置形成一个封闭的循环系统。整个实验装置的各 设备之间都以标准管道连接，测控装置布置在实验装置的各部分。
[0051] 如图2、3所示，为本发明试验段4的第一实施例。该实施例中，实验段4为矩形 结构，包括实验段后面石英玻璃板33、实验段前面石英玻璃板34和实验段顶面石英玻璃板 10等三块石英玻璃和一块铸铁底板25嵌合密封而成。石英玻璃用在实验段4的侧面和顶 面，以便从侧面和顶面观察实验段4中的冷却液的沸腾现象。铸铁底板25和紫铜加热块7 契合而成，中间使用密封胶26进行密封，填充加热时铸铁底板25和紫铜加热块7之间的缝 隙，防止冷却液渗漏。为保证加热均匀，紫铜加热块7上设有十三个电加热棒孔30,在每个 电加热棒孔30中放入相同的可调节加热功率的电加热棒。在紫铜加热块的侧边设置有三 层，每层三个共九个侧面温度测点29, 一个紧贴紫铜加热块上顶面的通道底板温度测量孔 27,根据九个加热块侧面温度测点29和通道底板温度测点的温度可得到紫铜加热块7中的 温度梯度。为了防止三块石英玻璃板和铸铁底板25的结合处有冷却液漏出，在实验段4的 前后两侧面用两块侧面夹板23加紧，两个侧面夹板23的四个角上设有螺栓孔，可用四个加 紧螺栓32加紧。实验段后面石英玻璃板33、实验段前面石英玻璃板34和实验段顶面石英 玻璃板10等三块石英玻璃和一块铸铁底板25嵌合密封而成的矩形通道两端嵌入到两边的 实验段方形法兰21中，中间加上石棉垫24可防止冷却液的渗漏。最后实验段方形法兰21 再与进出管路通过两端的管道口方形法兰30进行连接，两端的法兰之间夹有聚乙烯垫片， 并分别通过两个加紧螺栓31实施压紧。实验段4两端的方形法兰用四根丝杆22连接，对 整个实验段进行加紧。
[0052] 如图4、5所示，为本发明试验段4的第二实施例。该实施例中，实验段4为矩形机 构，包括本构体36、顶面石英板37、顶面压板39、前侧面石英板48、前侧面压板45、后侧面石 英板53、后侧面压板52、底面铸铁42和高频感应加热器43组成。石英玻璃板用在实验段4 的顶面和侧面，以便从侧面和顶面观察实验段方案二4中的冷却液沸腾现象。前侧面石英 板48、后侧面石英板53和顶面石英板37分别嵌在本构体36中，分别由对应的压板压紧，每 块压板四周均匀布置有十四个压板螺钉孔46,可使用螺钉将每个压板固定在本构体36上。 为了防止冷却液的渗漏，三块石英板和本构体36接触的地方都使用石棉垫填充。底面铸铁 42直接嵌在本构体36中，直接对冷却液进行加热，中间使用石棉垫填充后直接使用螺钉将 底面铸铁42压紧并固定在本构体36上。在底面铸铁42上设置有两层底面铸铁温度测量 孔51，可放置温度传感器得到底面铸铁42不同高度处的温度值。高频感应加热器43紧贴 底面铸铁42的底部，且加热功率可连续性调节。最后本构体36的两端直接与管道口方形 法兰30进行连接，它们之间加油聚乙烯垫片，并使用螺钉在本构体法兰螺钉孔35处压紧固 定。此刻，实验段方案二4成为一个封闭的整体。
[0053] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
【权利要求】
1. 一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，通过设置与内燃机缸盖冷却液通道 相当的部件，并对模拟的内燃机缸盖冷却通道内冷却液的温度、压力、流量进行测量，从而 获得内燃机冷却通道对沸腾传热特性的影响，其特征在于， 该装置包括提供用于循环的冷却介质的储液罐，以及通过管道与所述储液罐连接，用 于模拟内燃机缸盖冷却通道的模拟通道，所述冷却介质流经该模拟通道，该模拟通道由作 为通道底壁的传热底板、作为通道两对立的两侧壁的第一石英板和第二石英板以及作为通 道顶壁的第三石英板组成，其中，所述通道底壁上设置有用于加热该传热底板从而加热流 经通道内的冷却介质的加热块，以模拟气缸壁面传递给冷却通道侧的热量，所述传热底板 内分层设置有多个温度测量点，以用于获取所述传热底板不同高度处的温度值，进而获得 模拟通道壁面换热量与壁面温度，所述模拟通道入口和出口处均设置有用于获取冷却介质 温度和流量的温度传感器和流量传感器； 通过获取进入模拟通道前后的不同温度、流量和压力条件下壁面换热量与壁面温度关 系，即可获得缸盖冷却通道内冷却液的沸腾传热特性。
2. 根据权利要求1所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，其中，所述 加热底板上的不同高度上分别布置有多个热电偶，用于获得该传热底板不同高度处的平均 温度。
3. 根据权利要求2所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，其中，所述 加热底板的作为所述模拟通道底面的壁面上也设置有热电偶，用于测量模拟通道底壁面的 温度。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置， 其中，所述加热底板底部贴合设置有加热块，该加热块内设置有多个加热孔，用于容置电加 热棒，以对加热底板进行加热。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置， 其中，所述加热底板底部贴合设置高频感应加热器，以用于对加热底板进行加热。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置， 其中，三块石英板和所述加热底板围成矩形通道且两端通过方形法兰夹紧固定，该方形法 兰再通过法兰与管路连接，以实现模拟通道与管路相同用于冷却介质的进入和流出。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置， 其中，所述第一石英板和第二石英板通过侧面夹板夹紧，以使得其与第三石英板和传热底 板密封接触。
8. 根据权利要求1-5中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置， 其中，三块石英板和所述加热底板分别固定设置本构体开槽的四边壁面上，从而中间围成 矩形通道，三块石英板和所述加热底板与本构体通过石棉垫密封填充。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置， 其中，还包括散热器，其入口与所述模拟通过连接，出口与所述储液罐连通，用于冷却从所 述模拟通道流出的冷却介质，使其回流到储液罐以循环利用。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装 置，其中，还包括水泵，其设置在储液罐出口处，用于对进入模拟通道的冷却介质提供动力， 并可通过改变水泵的转速改变调节进入模拟通道的冷却介质的流速和流量。
【文档编号】G01N25/20GK104215662SQ201410442979
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】黄荣华, 花仕洋, 张志勇, 陈琳, 朱东祥 申请人:华中科技大学