一种缸内流动分析可视化测量装置的制作方法

本发明创造属于发动机缸内流场测试技术领域，尤其是涉及一种缸内流动分析可视化测量装置。

背景技术：

气道稳流试验台是研究进气道结构、气门和阀座设计等对进气涡流强度和涡流形成过程影响的重要实验平台，它不但可以很方便地测量气道的流量系数和涡流强度，而且可以采用现代光学测量技术在较短的时间内研究两个进气门在其出口处流动速度分布及其相互干涉作用的规律，还可以直观的测量分析进气涡流的形成过程，并获得真实的涡流强度。并且，整个缸内流场信息中没有循环变动因素的干扰，为进气道及进气门出口区域的设计提供依据。

迄今为止，人们在气道稳流试验台上的研究测试工作多限于对气道流量系数和涡流强度的评价，对于气道结构(尤其是双进气道结构)对气门出口流速分布和缸内涡流运动规律的研究还不多，因而还不太了解缸内涡流运动规律及其受气道和气门设计的影响规律。而且，因为缸内涡流运动的复杂性，叶片风速仪的旋转速度并不是真实的涡流旋转速度，造成传统气道涡流强度评价准确性的问题。

本发明拟通过对稳流气道试验台上进行缸内流场可视化改造，建立piv测试系统。通过piv测试手段，测量稳流气道试验条件下的缸内流场，进行缸内不同截面的涡流运动规律分析，描述缸内涡流形成过程，为进气道设计提供指导。并通过与稳流气道吹风试验数据的对比，建立缸内piv测量的涡流强度与吹风试验得到的涡流强度之间的关系，完善气道涡流强度的稳流评价方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种缸内流动分析可视化测量装置，将发动机的排气测量系统改进成piv气体流动管路，仅在气缸及排出管内出现示踪粒子，降低了示踪粒子对发动机管道的污染损坏。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种缸内流动分析可视化测量装置，包括控制器、气路系统、粒子发生器、示踪粒子入口、压力传感器、透明气缸和拍摄装置；

所述气路系统包括进气阀、进气管、风机、出气管和出气阀；

所述进气阀安装在进气管上，所述进气管一端连通大气，另一端与风机入口连通；

所述出气管包括第一出气管和第二出气管，所述第一出气管一端连通风机出口，另一端接入透明气缸进气口；第二出气管一端连通透明气缸出气口，另一端连通大气，所述出气阀安装在所述出气管上；

所述第一出气管上接近透明气缸的一端依次设有示踪粒子入口和压力检测孔，所述粒子发生器与所述示踪粒子入口连接，所述压力传感器安装在压力检测孔内；

所述拍摄装置相对透明气缸设置；

所述进气阀、出气阀、示踪粒子发生器、压力传感器和拍摄装置均与控制器信号连接。

进一步的，气路系统还包括稳压箱，所述第二出气管的一端通过稳压箱与透明气缸出气口连通。

进一步的，所述气路系统还包括流量计，所述流量计安装在所述进气管上。

进一步的，所述拍摄装置包括ccd相机、激光器、反光镜；

所述激光器相对透明气缸设置，所述反光镜呈45度，位于所述透明气缸的正下方，该反光镜的宽度不小于所述透明气缸的直径，所述ccd相机接收所述反光镜反射的光线。

进一步的，所述反光镜由反光镜支座固定支撑，该反光镜支座包括45度卡槽和螺杆，该卡槽通过螺杆可升降固定在稳压箱上。

进一步的，所述气路系统还包括排气管和排气阀，所述排气管上安有排气阀，该排气管的一端与风机出气口连通，另一端与大气连通。

进一步的，所述进气管上的进气阀安装在该进气管连通大气的一端，该进气管在风机和进气阀之间分为两路，一路为主进气管，另一路为辅进气管，所述主进气管直径大于辅进气管直径，所述流量计包括大流量计和小流量计，且主进气管上设有主路控制阀和大流量计，辅进气管上设有辅路控制阀和小流量计。

进一步的，所述气路系统还包括一补充管道，该补充管道连接在进气阀内端与稳压箱之间，该补充管道上设有补充控制阀。

进气阀、出气阀、排气阀、主路控制阀、辅路控制阀、补充控制阀均为气动阀门。

相对于现有技术，本发明创造所述的缸内流动分析可视化测量装置具有以下优势：

(1)本发明所述的缸内流动分析可视化测量装置，利用试验台排气测量系统实现进气测量，按照实际发动机进气方式，将进气吸气测量方式改为吹气测量方式，进气测量方式转变解决了示踪粒子对流量计的伤害问题，实现了与实际发动机进气方式一致，保证了试验台大部分管路清洁，保持了管路流量计与管路使用寿命。

(2)本发明所述的缸内流动分析可视化测量装置，还在进入缸套前进气歧管加工有示踪粒子入口和进气压力传感器，可以更加准确的调节进气示踪粒子浓度，并精确测量进气压力。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的缸内流动分析可视化测量装置连接示意图；

图2为本发明创造实施例所述的缸内流动分析可视化测量装置拍摄装置安装示意图。

附图标记说明：

1-控制器；2-气路系统；21-进气阀；22-进气管；23-风机；24-出气管；25-出气阀；26-流量计；27-排气管；28-排气阀；29-补充管道；3-粒子发生器；31-示踪粒子入口；4-压力传感器；5-透明气缸；6-拍摄装置；61-ccd相机；62-激光器；63-反光镜；64-反光镜支座；7-稳压箱。

所述气路系统包括

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1和2所示，本发明创造提供一种缸内流动分析可视化测量装置，包括控制器1、气路系统2、粒子发生器3、示踪粒子入口31、压力传感器4、透明气缸5和拍摄装置6；

所述气路系统2包括进气阀21、进气管22、风机23、出气管24和出气阀25；

所述进气阀21安装在进气管22上，所述进气管22一端连通大气，另一端与风机23入口连通；

所述出气管24包括第一出气管和第二出气管，所述第一出气管一端连通风机23出口，另一端接入透明气缸5进气口；第二出气管一端连通透明气缸5出气口，另一端连通大气，所述出气阀25安装在所述出气管24上；

所述第一出气管上接近透明气缸5的一端依次设有示踪粒子入口31和压力检测孔，所述粒子发生器3与所述示踪粒子入口31连接，所述压力传感器4安装在压力检测孔内，且压力传感器4更靠近透明气缸5；

所述拍摄装置6相对透明气缸5设置；

所述进气阀21、出气阀25、示踪粒子发生器3、压力传感器4和拍摄装置6均与控制器信号连接。

进一步的，气路系统2还包括稳压箱7，所述第二出气管的一端通过稳压箱7与透明气缸5出气口连通。

进一步的，所述气路系统2还包括流量计26，所述流量计26安装在所述进气管21上。

进一步的，所述拍摄装置6包括ccd相机61、激光器62、反光镜63；

所述激光器62相对透明气缸5设置，所述反光镜63呈45度，位于所述透明气缸5的正下方，该反光镜63的宽度不小于所述透明气缸5的直径，所述ccd相机61接收所述反光镜63反射的光线。

进一步的，所述反光镜63由反光镜支座64固定支撑，该反光镜支座64包括45度卡槽和螺杆，该卡槽通过螺杆可升降固定在稳压箱7上。

进一步的，所述气路系统2还包括排气管27和排气阀28，所述排气管27上安有排气阀28，该排气管27的一端与风机23出气口连通，另一端与大气连通。

进一步的，所述进气管22上的进气阀21安装在该进气管22连通大气的一端，该进气管22在风机23和进气阀21之间分为两路，一路为主进气管，另一路为辅进气管，所述主进气管直径大于辅进气管直径，所述流量计26包括大流量计和小流量计，且主进气管上设有主路控制阀和大流量计，辅进气管上设有辅路控制阀和小流量计。

进一步的，所述气路系统2还包括一补充管道29，该补充管道29连接在进气阀21内端与稳压箱7之间，该补充管道29上设有补充控制阀。

本发明拟通过对稳流气道试验台上进行缸内流场可视化改造，建立piv测试系统。由排气测量系统改进成piv气体流动管路，通过piv气体流动管路进行缸内流场测量时；

首先打开进气阀、主路控制阀(或者辅路控制阀)、出气阀，关闭补充控制阀和排气阀，排气阀和出气阀之间为可拆卸的软管，断开该软管，将断开软管左侧气体出口管路用软管连接到缸盖进口，再用软管将透明气缸出口与稳压箱入口连通，再将出气阀与稳压箱出口连通，即透明气缸通过稳压箱和出气阀与大气连通，气体由进气阀进入，由软管断开处连接废气管路排除至室外大气。

piv拍摄系统由ccd相机、激光器、反光镜，透明气缸包括石英石玻璃缸套，该石英石玻璃缸套直径为10mm,反光镜反射角度为45度角，反光镜宽度以能完整反射缸桶直径为宜，反光镜由反光镜支座支撑。

反光镜支座根据反光镜宽度加工一个45度角卡槽，卡槽由螺杆固定在稳压箱底平面，通过螺杆长度调节反光镜支座高度。

示踪粒子入口在软管连接缸盖进口处，加工示踪粒子入口，在示踪粒子入口后加工气体压力测试口，装入压力传感器测试入口气体压力。经由粒子发生器调节示踪粒子浓度，将适量示踪粒子混合入气缸盖气体中，通过ccd相机、激光器等piv测试系统拍摄缸桶内标定面示踪粒子流场图，获得不同气道结构条件下缸内涡流的运动规律。

通过piv测试手段，测量稳流气道试验条件下的缸内流场，进行缸内不同截面的涡流运动规律分析，描述缸内涡流形成过程，为进气道设计提供指导。并通过与稳流气道吹风试验数据的对比，建立缸内piv测量的涡流强度与吹风试验得到的涡流强度之间的关系，完善气道涡流强度的稳流评价方法

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。