一種可視化噴嘴的制作方法
【專利摘要】一種可用于模擬真實直噴發動機噴嘴的可視化噴嘴，包括：噴嘴主體，轉接頭和延伸段透明玻璃，所述的噴嘴主體由兩塊夾具體夾住兩塊透明玻璃及精密墊片形成噴嘴內流道，有墊片保證密封性，所述的噴嘴主體的頂部連接所述的轉接頭，底部連接所述的延伸段透明玻璃，形成噴嘴外流道。通過同時觀察噴嘴內部流動特性(例如空穴現象，氣泡產生、長大以及破裂過程)與噴嘴外部噴霧特性(如破碎、霧化蒸發等)，將噴嘴內外部特性相關聯，全面掌握液體射流的破碎、霧化過程。所述的二維可視化噴嘴結構較為對稱，加工方便，能實現在高溫高壓條件下的連續測試，同時噴嘴內外部流道形狀結構尺寸均可變化，可以獲得不同條件下噴嘴孔內外的流體特性，具有普適性。
【專利說明】一種可視化噴嘴
【技術領域】
[0001]本發明屬于液體微粒化【技術領域】，涉及一種可視化的透明噴嘴，特別是一種用于內燃機模擬真實直噴發動機噴嘴的可視化噴嘴。
【背景技術】
[0002]液體霧化技術應用在多種領域，比如噴涂、制藥、粉末冶金、農藥噴灑，特別是在各種發動機(液體火箭發動機、沖壓式發動機、內燃機、燃氣輪機、航空發動機等)上，噴霧特性是影響發動機性能至關重要的特性之一。例如，對于高壓直噴發動機來說，噴霧特性對發動機燃燒與排放性能有很大的影響。因此，發動機噴油器噴霧特性的測試，對發動機燃燒系統的設計開發有非常重要的意義。
[0003]最新的研究表明，當射流噴射到燃燒室,燃燒室的環境壓力小于燃油的飽和蒸氣壓時，射流就會發生閃急沸騰現象，它相比于傳統的高壓噴霧能提供:
[0004]1、更大的噴霧錐角和更短的貫穿距以避免濕壁現象，燃油稀釋和活塞積碳；
[0005]2、更好的噴霧霧化和蒸發水平以提供更為穩定的燃燒過程并減少循環變動；
[0006]3、即使在較低噴射壓力情況下，仍舊保持較好的混合情況和更小的液滴尺寸以減小碳煙排放和降低對高噴射壓力的依賴。
[0007]這些優點使其成為直噴發動機研究的熱點。
[0008]對于閃沸條件下的燃油蒸發霧化，目前達成共識的是認為氣泡的微爆作用是促使燃油射流或者油滴發生霧化的主要原因。但是氣泡產生在噴嘴內部，氣泡為何破碎、何時破碎等至今仍不十分清楚。同樣在常規噴霧中，噴嘴內部流體流動及其中產生的空穴等現象會對噴嘴外部的射流破碎、蒸發、形態發展等特性造成很大的影響，最終直接會影響燃油的經濟性。所以噴嘴內部液體流動狀態及其與噴嘴外部的射流破碎、蒸發、形態發展等特性關聯性的可視化成為現在國內外直噴發動機研究中最具挑戰性的內容之一。
[0009]經過現有技術文獻的檢索發現，國內外尚未有相關專利，而在查閱美國汽車工程師協會(SAE) —篇檢索號為2005-01-3684的文章，文中介紹了一款真實尺寸的單孔噴嘴，外部由可視的亞克力玻璃組成，內部由針閥的升程實現噴油，雖然亞克力玻璃易于加工，但這就導致其并不能承受較高的燃油溫度和壓力，從而無法模擬高溫燃油的真實情況，同時該設計雖然實現了噴嘴內外部的可視化，但是由于處于曲面三維環境中，所以只能對孔內外現象進行基本的定性說明，無法對其進行準確的定量測試。同時該噴嘴只能模擬某一尺寸的直噴噴嘴，不具有普遍性。
【發明內容】
[0010]針對現在噴嘴內部液體流動狀態及其與噴嘴外部的射流破碎、蒸發、形態發展等特性的關聯性的可視化研究裝置的設計空白，本發明提出一種可用于內燃機模擬真實直噴發動機噴嘴的可視化噴嘴，該可視化噴嘴具有二維特性，噴嘴內外部流道形狀及尺寸均可根據設計要求進行改變，可以同時觀察噴嘴內部流體的流動、空穴現象及氣泡形成的整個過程，及噴嘴外部噴霧的相應特性并將內外部特性進行定量化關聯。該可視化噴嘴可以實現對噴嘴內外部的連續測試，提高實驗效率。其次，該噴嘴可以承受很高的流體溫度和噴射壓力，實現對包括過熱流體、閃沸噴霧等液體微粒化作用機理的研究，同時該噴嘴可以模擬各種直噴發動機工況，具有普適性。
[0011]本發明的技術解決方案如下:
[0012]一種可用于內燃機模擬真實直噴發動機噴嘴的可視化噴嘴，特點在于其構成包括:噴嘴主體，轉接頭和延伸段透明玻璃，所述的噴嘴主體為合并緊固的兩塊夾具體，該兩塊夾具體內部夾持兩塊主體透明玻璃、精密墊片及其密封的橡膠墊片，所述的精密墊片的縱向狹縫與所述的兩塊主體透明玻璃之間構成可視化噴嘴的內流道，所述的噴嘴主體的頂部連接所述的轉接頭，底部連接所述的延伸段透明玻璃，形成噴嘴外流道；所述的精密墊片的形狀根據實驗要求的可視化噴嘴流道形狀設計，所述的精密墊片的縱向狹縫的寬度即可視化噴嘴流道的寬度，所述的精密墊片的厚度即可視化噴嘴流道的厚度，所述的可視化噴嘴流道的寬度與厚度的比值的變化范圍為10:1?2000:1。
[0013]所述的延伸段透明玻璃之間的厚度通過更改兩塊外部延伸段的透明玻璃之間的間距進行調節。
[0014]本發明的技術效果如下:
[0015]本發明可視化噴嘴具有二維特性，噴嘴內外部流道形狀及尺寸均可根據設計要求進行改變，可以同時觀察噴嘴內部流體的流動、空穴現象及氣泡形成的整個過程，及噴嘴外部噴霧的相應特性并將內外部特性進行定量化關聯。該可視化噴嘴可以實現對噴嘴內外部的連續測試，提高實驗效率。其次，該噴嘴可以承受很高的流體溫度和噴射壓力，實現對包括過熱流體、閃沸噴霧等液體微粒化作用機理的研究，同時該噴嘴可以模擬各種直噴發動機工況，具有普適性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的裝配示意圖；
[0017]圖2為本發明的噴嘴夾具體結構示意圖；
[0018]圖3為本發明的噴嘴夾具體與轉接頭(截面示意圖)的裝配示意圖；
[0019]圖4為本發明的噴嘴夾具體與夾具體內部透明玻璃裝配示意圖；
[0020]圖5為本發明的噴嘴內部密封件、精密墊片及形成的噴嘴內流道示意圖；
[0021]圖6為本發明的噴嘴外部延伸段透明玻璃結構示意圖；
[0022]圖7為本發明的噴嘴用于測試研究示意圖；
[0023]圖中:1_夾具體；la_內螺紋；lb_密封槽；lc_視窗槽；ld_凹槽；le_緊固孔；If-定位孔；Ig-緊固孔；2_夾具體內透明玻璃；2a-凹槽；3_精密墊片；4_噴嘴外延伸透明玻璃；4a_緊固孔；5_轉接頭；5a_外螺紋；5b_外螺紋；5c_流道；6a_周向密封橡膠墊片；6b-側向密封橡膠墊片；7_噴嘴內流道；8-氣泡；9_噴霧；IOa-光源；IOb-相機；
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明做詳細說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。[0025]請先參閱圖1，圖1為本發明的裝配示意圖，如圖所示，一種可視化噴嘴，包括:噴嘴主體，轉接頭5和延伸段透明玻璃4，所述的噴嘴主體為合并緊固的兩塊夾具體I，該兩塊夾具體I內部夾持兩塊主體透明玻璃2、精密墊片3及其密封的橡膠墊片6a、6b，所述的精密墊片3的縱向狹縫7與所述的兩塊主體透明玻璃2之間構成可視化噴嘴的內流道，所述的噴嘴主體的頂部連接所述的轉接頭5，底部連接所述的延伸段透明玻璃4形成噴嘴外流道；所述的精密墊片3的形狀根據實驗要求的可視化噴嘴流道形狀設計，所述的精密墊片3的縱向狹縫7的寬度即可視化噴嘴流道的寬度，所述的精密墊片3的厚度即可視化噴嘴流道的厚度，所述的可視化噴嘴流道的寬度與厚度的比值的變化范圍為10:1?2000:1。
[0026]所述的延伸段透明玻璃4之間的厚度通過更改兩塊外部延伸段的透明玻璃之間的間距進行調節。
[0027]夾具體頂部與轉接頭5固定連接，底部與兩塊噴嘴外延伸段透明玻璃4固定連接。
[0028]圖2是夾具體I的結構示意圖，在夾具體I頂部槽內有內螺紋la，內部有承載透明玻璃的凹槽ld，其頂部及側面密封槽Ib作為密封段，后方有可供觀察的視窗槽lc，夾具體上有用于合并兩塊夾具體時用的緊固孔Ie和定位孔If及與噴嘴外延伸段相連的緊固孔Ig0
[0029]圖3顯示的是夾具體I與轉接頭5的裝配示意圖，其中對轉接頭進行了剖視，夾具體I頂部的內螺紋Ia與轉接頭下段的外螺紋5a相配合，同時轉接頭5上段的外螺紋5b與外部管路相連，外部流體通過轉接頭的流道5c進入噴嘴內部。
[0030]圖4顯示的是夾具體及置于夾具體凹槽Id內的透明玻璃2,其上方有凹槽2a,起流體導向作用，并且可以產生氣穴現象用于研究。
[0031]在圖5中，顯示了置于夾具體內透明玻璃2與轉接頭5之間的軸向密封橡膠墊片6a及放置在夾具體槽Ib內作為密封橡膠墊片6b，同時顯示了精密墊片3的形狀和放置位置。當將另一個夾具體、透明玻璃及密封材料與其合并、緊固后，由于精密墊片3的特殊形狀會在兩塊透明玻璃間形成一個狹縫7作為高壓流體的流道。
[0032]圖6顯示的是噴嘴外部延伸段透明玻璃4，呈平面，其頂部有與夾具體I連接的孔4a，通過改變連接的孔4a此孔在外部延伸段透明玻璃上位置，即采用不同的外部延伸段透明玻璃來調節兩塊噴嘴外部延伸段透明玻璃的間距。
[0033]最終流體通過外部管路流入轉接頭的流道5c，進入固定密封的兩塊合并的夾具體
I內，通過透明玻璃頂部凹槽2a，流入兩塊夾具體I內部透明玻璃2與精密墊片3形成的流道7，最終流出噴嘴進入噴嘴外延伸段兩塊透明玻璃4之中形成噴霧。本發明可通過夾具體視窗槽Ic觀察噴嘴內部流體流動、空穴現象及氣泡形成等規律，同時也可通過噴嘴外延伸段透明玻璃4觀察噴嘴外的噴霧破碎、霧化、蒸發及外形特性。圖7為即本發明的噴嘴用于測試研究的示意圖。
[0034]本發明的優點在于:
[0035]1.本發明可視化噴嘴，內部流道的寬度和長度方向遠遠大于厚度方向的尺寸，具有二維流動特性，可觀測流道內流體流動、氣泡生成及空穴現象。同時可以避免由于真實噴嘴中厚度大導致的氣泡疊加而無法對氣泡密度及大小進行定量測量的缺點。
[0036]2.本發明可視化二維高壓噴嘴，內部流道形狀可通過調節精密墊片實現，其寬度與厚度的比值的變化范圍為10:1到2000:1，從而改變雷諾數等流體重要參數，更易于測量分析流體流動、空穴現象及氣泡形成的規律；
[0037]3.本發明可視化噴嘴，內部流道形狀可以通過調節精密墊片實現，從而獲得不同流道長度，短的可以用來模擬真實噴嘴，長的可以在通道內形成足夠大的壓降，易于形成氣泡并觀察其結核、長大、碰撞、爆破的全過程，具有普適性；
[0038]4.本發明可視化噴嘴，可以通過外部延伸段的平面透明玻璃部分觀察噴嘴外部噴霧特性，同時可以通過更換外部延伸段的平面透明玻璃部分來改變外部流道的厚度，使噴霧也具有二維或三維特性，利于觀察射流的破碎、霧化、蒸發等特性，從而對噴霧破碎機理進行研究。
[0039]5.本發明所提供的用于噴霧測試研究的可視化噴嘴，可以通過噴嘴內外部同時測量，研究噴嘴內部流體流動、氣泡特性及空穴現象與噴嘴外部噴霧特性的關聯性，了解液體微粒化機理。
[0040]6.本發明所提供的用于噴霧測試研究的可視化噴嘴，采用石英玻璃作為透視玻璃部分可以承受_20°C?200°C流體溫度和5bar?IOMPa的噴射壓力，能夠模擬真實直噴發動機噴嘴的工況條件，具有普適性。
【權利要求】
1.一種可視化噴嘴，特征在于其構成包括:噴嘴主體，轉接頭(5)和延伸段透明玻璃(4)，所述的噴嘴主體為合并緊固的兩塊夾具體(1),該兩塊夾具體(1)內部夾持兩塊主體透明玻璃(2)、精密墊片(3)及其密封的橡膠墊片^a、6b)，所述的精密墊片(3)的縱向狹縫(7)與所述的兩塊主體透明玻璃(2)之間構成可視化噴嘴的內流道，所述的噴嘴主體的頂部連接所述的轉接頭(5)，底部連接所述的延伸段透明玻璃(4)形成噴嘴外流道；所述的精密墊片(3)的形狀根據實驗要求的可視化噴嘴流道形狀設計，所述的精密墊片(3)的縱向狹縫(7)的寬度即可視化噴嘴流道的寬度，所述的精密墊片(3)的厚度即可視化噴嘴流道的厚度，所述的可視化噴嘴流道的寬度與厚度的比值的變化范圍為10:1~2000:1。
2.根據權利要求1所述的可視化噴嘴，其特征在于所述的延伸段透明玻璃(4)之間的厚度通過更改兩塊外 部延伸段的透明玻璃之間的間距進行調節。
【文檔編號】F02M65/00GK103982351SQ201410224874
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2014年5月26日
【發明者】張玉銀, 李世琰, 林柏洋 申請人:上海交通大學