一种湍流强度和位置可控的测试定容弹及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利属于工程热物理研究领域，涉及内燃机燃烧过程的精确测试环境等研 究方面。一种湍流强度和位置可控的定容弹，具体涉及一种通过轴流风扇产生不同目标强 度和位置的湍流测试定容弹。
【背景技术】
[0002] 不同气体和液体燃料的雾化与空气的混合过程是影响内燃机燃烧和排放污染物 性能的重要因素之一。对于内燃机而言，一般采取带有导气屏的进气门、切向气道以及螺旋 气道的方法，产生进气涡流，提高湍流强度，提高雾化程度。
[0003] 湍流强度的提高以及湍流位置的改善，带来的效果是改善预混程度，从而内燃机 的燃烧与排放性能有很大影响。因此内燃机在不同湍流强度和不同湍流发生位置下的燃烧 排放性能的测试，对内燃机燃烧系统开发与研究具有非常重要意义。
[0004] 传统的燃烧器通常包括可燃气稳压箱箱体以及相关的输送管道。其涡流产生一般 利用气态燃料通过湍流发生器后产生一定强度尾迹涡流实现。诸如此类提高湍流强度的装 置多限于定性的研究，且结构繁琐，而多未对湍流强度和湍流发生位置进行较准确的定量 控制，继而在不同强度和位置的湍流下研究内燃机的燃烧与排放特性。
[0005] 所以，设计一种能较准确控制湍流强度和湍流发生位置，且整体系统结构较简化 的装置，对于内燃机的开发与研究是迫切需要的。
【发明内容】
[0006] 本发明根据内燃机燃烧系统开发与研究需要，设计一种能较准确控制湍流强度和 位置，且整体系统结构较简化的的测试定容弹及控制方法。
[0007] 本发明的技术方案为：一种湍流强度和位置可控的测试定容弹，包括定容弹主体 部分，还包括湍流发生装置，所述定容弹主体部分下端和湍流发生装置相连接；所述湍流发 生装置包括圆柱状壳体、导流罩、轴流风扇、控制轴流风扇的电机以及湍流控制装置；所述 壳体底部端面设有若干通孔，正对着通孔的上端设有轴流风扇，正对着通孔的下端设有电 机，所述电机的轴端穿过通孔同轴流风扇相连；所述轴流风扇的上部安装导流罩；所述湍 流控制装置包括上位机、PLC控制模块、转速传感器，上位机和PLC控制模块相连，PLC控制 模块和转速传感器相连；由上位机中自带的测试系统及PLC控制模块确定轴流风扇的起动 方案、湍流强度和湍流发生位置。
[0008] 进一步，所述定容弹主体部分包括定容弹弹体和分别从该定容弹弹体的两端侧面 贯穿的点火针，所述定容弹弹体上端分别设有喷油器、温度传感器、压力传感器，所述定容 弹弹体其中一侧面的上部和下部分别设有进气端、排气端，所述定容弹弹体的另一侧面设 有圆形可视窗口，所述定容弹弹体内部为燃烧室。
[0009] 进一步，所述若干通孔的布置满足：壳体中心处设有一个通孔，其它通孔环绕着中 心通孔均匀分布。
[0010] 进一步，所述壳体的通孔数量为九个。
[0011] 进一步，所述导流罩为圆板状，导流罩在轴流风扇上方相对应的位置均设有通孔， 孔径和轴流风扇叶片直径大小相同；导流罩所在壳体内部的边缘均布有若干半圆形通风 口，虎口朝外。
[0012] 进一步，所述导流罩和壳体接触处的安装面为波浪形曲面，曲面上沿环形均布有 若干螺栓孔。
[0013] 进一步，所述半圆形通风口为四个。
[0014] 进一步，所述螺栓孔为八个。
[0015] 本发明的方法的技术方案为：一种湍流强度和位置可控的测试定容弹的控制方 法，包括以下步骤；
[0016] 步骤1，起动上位机内定容弹测试系统，在正式测试前进行预调试；
[0017] 步骤2,预调试完成，进入正式测试阶段；在定容弹测试系统中输入湍流强度和湍 流发生位置等相关参数，由上位机测试系统及PLC控制模块确定轴流风扇的起动方案、湍 流强度和湍流发生位置；
[0018] 步骤3,对于不同目标强度和位置的湍流测试，可重复如上步骤2 ;
[0019] 步骤4,测试完成，拆解定容弹测试系统，妥善放置。
[0020] 进一步，所述步骤2的具体过程为：不同位置轴流风扇事先在PLC中定义与编号， 按湍流发生位置分为前后左右四个位置，分别对应的起动方案为：A9-A8-A7, A1-A2-A3， A4-A2-A7, A6-A3-A8 ;需要局部位置湍流时，在上位机输入相应编号，以控制对应轴流风扇 的启停；
[0021] 根据测试要求，可将湍流按强度分为中低强度、高强度两类，根据湍流强度的控制 方程
在其他参数一定的条件下，可以通过调节轴流风扇的转速，以达到 理想的湍流强度；当中低湍流强度要求时，轴流风扇起动为：A2-A3-A7-A8 ;当高强度湍流 要求时，轴流风扇起动为：A1-A2-A3-A4-A5-A6-A7-A8-A9。
[0022] 本发明具有以下技术效果：
[0023] 1)所述湍流发生装置加装导流罩，用于防止初始时湍流的相互干涉并且赋予气流 正确的运动方向，可更加精确达到目标湍流。
[0024] 2)所述导流罩的边界处均匀布置四个通风口，便于燃烧室内混合气的对流运动， 设于腔体的边缘，可最大限度的降低对燃烧腔内湍流的干扰。
[0025] 3)采取九个电机轴流风扇装置均匀布置于定容弹下部，可根据湍流强度和湍流发 生位置的要求，合理和精确的安排轴流风扇的起动方案以及转速。
[0026] 4)所述定容弹发生装置与弹体的安装接触表面采用螺旋式沟槽设计，保证测试定 容弹的密封性和安装可靠性。
[0027] 5)所述定容弹下部的湍流发生装置与弹体采取螺栓连接措施，可根据需要自行安 装与拆卸。
【附图说明】
[0028] 图1为湍流强度和位置可控的测试定容弹装置示意图。
[0029] 图2为湍流发生装置俯视图。
[0030] 图3为导流罩及其通孔中的轴流风扇编号示意图。
[0031] 图4为该定容弹装置的测试流程图。
[0032] 图中，1-定容弹弹体；2-温度传感器；3-喷油器；4-压力传感器；5-可视窗口； 6-点火针；7-紧固螺检；8-轴流风扇；9-电机；10-端流发生装置机体；11-导流罩；12-进 气管；13-排气管。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。
[0034] 如图1-2所示，一种湍流强度和位置可控的测试定容弹，包括定容弹主体部分，还 包括湍流发生装置，所述定容弹主体部分下端和湍流发生装置相连接；所述湍流发生装置 包括圆柱状壳体、导流罩11、轴流风扇8、控制轴流风扇8的电机9以及湍流控制装置；所 述壳体底部端面设有若干通孔，正对着通孔的上端设有轴流风扇，正对着通孔的下端设有 电机9,所述电机9的轴端穿过通孔同轴流风扇8相连；所述轴流风扇8的上部安装导流罩 11 ;所述湍流控制装置包括上位机、PLC控制模块、转速传感器，上位机和PLC控制模块相 连，PLC控制模块和转速传感器相连；由上位机中自带的测试系统及PLC控制模块确定轴流 风扇8的起动方案、湍流强度和湍流发生位置。
[0035] 所述定容弹主体部分包括定容弹弹体1和分别从该定容弹弹体1的两端侧面贯穿 的点火针6,所述定容弹弹体1上端分别设有喷油器3、温度传感器2、压力传感器4,所述定 容弹弹体1其中一侧面的上部和下部分别设有进气端12、排气端13,所述定容弹弹体1的 另一侧面设有圆形可视窗口 5,所述定容弹弹体1内部为燃烧室。
[0036] 所述若干通孔的布置满足：壳体中心处设有一个通孔，其它通孔环绕着中心通孔 均匀分布。所述壳体的通孔数量为九个。
[0037] 所述导流罩11为圆板状，导流罩在轴流风扇8上方相对应的位置均设有通孔，孔 径和轴流风扇8叶片直径大小相同；导流罩11所在壳体内部的边缘均布有若干半圆形通风 口，虎口朝外。所述半圆形通风口为四个。
[0038] 所述导流罩11和壳体接触处的安装面为波浪形曲面，曲面上沿环形均布有若干 螺栓孔，所述螺栓孔为八个。
[0039] 本发明的工作原理是：主要采用PLC控制和湍流发生装置，控制湍流强度和湍流 发生位置，其中湍流发生装置为均布的九个轴流风扇（产生平行于转轴方向的湍流），且分 别由电机驱动。通过设定湍流强度以及发生位置等参数，由PLC控制轴流风扇最适宜的起 动方案以及转速，达到预定的目标湍流强度及位置要求。测试之初对装置进行组装搭建，其 中包括计算机、软件的安装，定容弹弹体1和湍流发生装置10的紧固螺栓7可靠固定等。接 着进行预调试，确保测试系统的稳定、准确。预调试结束后，进入正式测试阶段，向计算机中 输入目标湍流强度和湍流发生位置等相关参数，起动测试。测试系统中，温度传感器2、压力 传感器4、喷油器3、点火针6处于工作状态，PLC控制模块根据湍流强度和发生位置要求， 较准确控制湍流发生装置中轴流风扇的起动方案和转速。
[0040] 如图1所示，一种湍流强度和位置可控的测试定容弹，主要采用PLC控制和湍流发 生装置，控制湍流强度和湍流发生位置，其中湍流发生装置为均布的九个轴流风扇（产生 平行于转轴方向的