定容燃烧弹设计及可燃混合物供给系统研制

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世界范围内的能源与环境问题日趋严重使人们意识到内燃机替代燃料研究的重要性与迫切性,对替代燃料的基础燃烧特性进行深入研究,可为其在发动机中的应用提供重要参考。由于发动机工况变化复杂,相关参数难以精确控制;发动机内燃烧存在循环变动,难以得到完全相同的燃烧条件,因而很难通过发动机直接研究替代燃料的基础燃烧特性。而定容燃烧弹装置初始条件易于控制,相关参数定义明确,可视化程度较高,可直接用于观察和研究替代燃料的点火与火焰传播过程。因此,定容燃烧弹装置在燃料基础燃烧特性研究中得到了广泛应用。  定容燃烧弹弹体及可燃混合物供给系统是定容燃烧弹装置的两个重要组成部分,定容燃烧弹弹体是可燃混合物进行预混与燃烧的腔室,而可燃混合物供给系统则直接关系到可燃混合物的精确配制。因此,结构合理的定容燃烧弹弹体和稳定可靠的可燃混合物供给系统对在定容弹中开展燃烧试验具有重要意义。  目前所用定容燃烧弹弹体结构不紧凑,弹体加热及保温受限;弹体两端视窗的石英玻璃无法拆卸,使用与维护不便。所用可燃混合物供给系统采用体积配气法,基于理想气体状态方程,因此配气精度受温度与压力影响,存在局限性;同时手动配气和配液存在人为因素带来的随机误差。因此,本文设计了一个结构紧凑和拆卸方便的新的定容燃烧弹弹体;开发了一套基于质量法的可燃混合物自动供给系统,并进行了软硬件设计;最后实验验证了该供给系统的准确性。通过本文研究,得到的主要成果如下:  (1)新设计的定容燃烧弹具有更加紧凑的结构,便于定容燃烧弹外壁加热带及其保温材料的布置,保证了弹体温度的均匀性;采用了可拆卸式石英玻璃视窗,给检修带来了极大便利,同时降低了维护成本。  (2)开发的可燃混合物供给系统实现了计算机自动控制,有效减少了人为操作带来的随机误差,提高了实验效率。其中配气子系统利用质量流量控制器与PLC可编程控制器实现了基于质量法的气体混合物的自动配制;而配液子系统利用液体泵实现了液体的自动配制。  (3)利用该可燃混合物供给系统进行了给定条件下甲烷和乙醇燃料的预混层流火焰实验,测得了甲烷和乙醇的层流燃烧速度,并与文献中的数据进行了比较,两者一致性较好,表明该可燃混合物供给系统具有良好的可靠性和精度。
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