柴油机喷雾燃烧试验系统设计(附件)【字数：12571】
摘 要摘 要柴油机属于内燃机中的一大类，柴油机因为其良好的特性一直受到人们的广泛关注，在内燃机行业一直持有一部分市场。但是随着人们环境保护意识越来越强，以及世界排放标准越来越严格，为了能够减少柴油机的废气排放，就必须对柴油机燃烧过程有更加清晰的认识。本论文设计一种定容燃烧弹来模拟活塞上止点附近的发动机喷雾和燃烧情况。该燃烧装置是一个开有可视化窗口的圆柱形容器，容器上端盖装有喷雾器进行喷油，空气经过空气压缩机加压，通过进气口直接输入燃烧室中，燃烧产生的废气通过排气口排出，经冷却后直接排到室外；弹体夹层装有加热瓦直接对燃烧弹进行加热，上端盖和弹体夹层中设置有冷却水通道，防止零件过热。如此来模拟柴油机在活塞上止点的高温高压状况。控制系统控制燃油喷射以及同步摄像的开始，数据采集控制系统记录实验过程中详细数据。关键词柴油机；燃烧；可视化；燃烧弹；雾化
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的意义 1
1.2柴油机喷雾燃烧可视化的国内外研究现状 2
1.3本文主要研究内容 4
第二章 喷雾燃烧系统组成 5
2.1喷雾燃烧系统组成 5
2.2燃烧弹总体安装 6
第三章 容弹系统 8
3.1容弹主体的工作条件 8
3.2气缸的结构和材料 8
3.2.1气缸强度校核 9
3.3上端盖的结构和材料 10
3.3.1材料选择 10
3.3.2结构设计 10
3.3.3上端盖的安装 12
3.4下端盖 16
3.5气缸垫 17
3.6视窗安装组 17
3.6.1可视化窗口材料选型及强校核 17
第四章 燃烧弹辅助系统 23
4.1加热系统 23
4.1.1加热器的选型 23
4.2冷却系统 24
4.2.1冷却系统的功用 24
4.2.2冷却系的形式 26
4.2.3冷却泵选型 26
4.3进排气系统 28
4.3.1进气系统 28
4.3.2排气系统 29
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.4光学系统 29
4.4.1光学系统选型 29
4.5高压共轨燃油喷射系统 30
4.5.1电控高压共轨燃油系统的工作原理 31
4.6共轨系统的组成 32
4.6.1高压油泵 32
4.6.2高压共轨管 32
4.6.3高压共轨燃油喷射器 33
4.6.4高压共轨控制系统 33
4.7数据采集及同步控制系统 34
4.7.1数据采集系统功能 34
4.7.2 PCI1712L高速数据采集卡 35
4.7.3 动态压力传感器 35
4.8 LabVIEW简介及数据采集控制系统 37
4.8.1 LabVIEW简介 37
4.8.2 数据采集基础 37
4.8.3燃烧装置数据采集及控制系统 37
结论 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1课题研究的意义
自第一台内燃机问世，标志着人类已经进入内燃机时代。经过一个多世纪的不断改进，人们对内燃机的认识已经有所成就，对此科学界提出许多新的理论，研究出新型材料，这为内燃机的发展提供了必不可少的原料。如今内燃机已经广泛应用于工业、交通、农业以及国防等各个领域。如今世界上绝大数汽车、船舶为内燃机驱动，全世界有中队的商用船舶、军用车辆、舰艇等机械装置的动力都是由内燃机提供的[1]，并且内燃机的数量也越来越多，对于人类生活的影响也是越来越严重，内燃机行业的发展状况，对于国家GDP的增长以及国防事业的建设都有着至关重要的意义。
内燃机刚刚问世，由于它们数量不是很多，污染物的排放以及燃料的消耗都是极少的，随着内燃机的应用越来越广泛，数量也是逐年增加，人们的生活、工作环境遭受严重的污染，不可再生能源的储存量越来越少。近年来的相关数据显示：地球上大部分的污染和内燃机的污染物排放有关[2]。有关石油的研究也显示[2]：就目前的消耗速率计算，已经探明的石油资源只能维持使用十几年，我们必须找到代替能源或者节能减排。随着环境的逐渐恶化，人们越来越关注内燃机的尾气排放相关问题，因此世界各国的相关排放标准也是越来越苛刻。因此建立在内燃机足够动力的基础上，降低内燃机的消耗量以及生产费用是全世界各国在内燃机这方面的发展趋势。
柴油机由于其良好的经济性和动力性成为内燃机中使用最多的一种，其喷雾燃烧过程的性能优越决定着柴油机的整体机械性能，柴油机在排放性能上的好坏是由喷雾过程和燃烧室的匹配来决定的，因此，为了减少柴油机废气排放，必须把重点放在喷雾和燃烧的研究上。
科研人员对于柴油喷雾燃烧的研究从未停止过脚步，虽然取得了一些成果，但鉴于喷雾燃烧问题的复杂性，还是有很多未能解决的问题，这也正是科学界积极研究的问题。
柴油机喷雾过程发生在极短的时间内，并且是一个动态问题，如果想用试验方法在瞬间捕捉这个过程几乎是不可能实现的。柴油机喷雾过程有很多影响因子，喷油器的型号、喷雾温度、压力、喷射角度等，每种影响因子都对瞬态过程有着不同的影响。当控制中心发出喷油指令时，油泵从油箱中抽取燃油，并在高压油泵中进行施压，将燃油压力升高到所需压力值，通过高压泵输送给喷油器进行喷射。喷雾过程也受很多因素影响，其过程是相当复杂的动力学模型，由于其多变性，整个过程对于研究人员的定量分析造成一定的影响。再者，目前对于喷雾燃烧试验这个课题的试验手段、试验仪器和测试条件的限制，对于这项研究更是雪上加霜，难上加难，这也是造成喷雾难题的一个主要原因。目前在学界，虽有边界条件突变、空气动力干扰说、湍流扰动学、空穴扰动学说等[3]，但是，无论是何种研究结果，都不能得出一个让所有人都信服的结果，就目前而言，还没有一种统一的理论认识，这也使得科学界不能齐心协力解决喷雾问题。
综上所述，新时代的到来科技的进步，以及人们环境保护意识越来越强，研究人员需要一种方便、准确、可行的用于柴油机喷雾燃烧可视化的研究方式。研究柴油机喷雾燃烧可视化，对于改善柴油机的燃烧，降低油耗及排放都具有重要意义，也符合国家能源战略的规划。
1.2柴油机喷雾燃烧可视化的国内外研究现状
实现柴油燃烧可视化的方法大致可以分为五种：分别是光学观察窗分别在发动机的上面、下面和侧面时共三种方法，以及快速压缩膨胀法和内窥镜法这两种方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的意义 1
1.2柴油机喷雾燃烧可视化的国内外研究现状 2
1.3本文主要研究内容 4
第二章 喷雾燃烧系统组成 5
2.1喷雾燃烧系统组成 5
2.2燃烧弹总体安装 6
第三章 容弹系统 8
3.1容弹主体的工作条件 8
3.2气缸的结构和材料 8
3.2.1气缸强度校核 9
3.3上端盖的结构和材料 10
3.3.1材料选择 10
3.3.2结构设计 10
3.3.3上端盖的安装 12
3.4下端盖 16
3.5气缸垫 17
3.6视窗安装组 17
3.6.1可视化窗口材料选型及强校核 17
第四章 燃烧弹辅助系统 23
4.1加热系统 23
4.1.1加热器的选型 23
4.2冷却系统 24
4.2.1冷却系统的功用 24
4.2.2冷却系的形式 26
4.2.3冷却泵选型 26
4.3进排气系统 28
4.3.1进气系统 28
4.3.2排气系统 29
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.4光学系统 29
4.4.1光学系统选型 29
4.5高压共轨燃油喷射系统 30
4.5.1电控高压共轨燃油系统的工作原理 31
4.6共轨系统的组成 32
4.6.1高压油泵 32
4.6.2高压共轨管 32
4.6.3高压共轨燃油喷射器 33
4.6.4高压共轨控制系统 33
4.7数据采集及同步控制系统 34
4.7.1数据采集系统功能 34
4.7.2 PCI1712L高速数据采集卡 35
4.7.3 动态压力传感器 35
4.8 LabVIEW简介及数据采集控制系统 37
4.8.1 LabVIEW简介 37
4.8.2 数据采集基础 37
4.8.3燃烧装置数据采集及控制系统 37
结论 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1课题研究的意义
自第一台内燃机问世，标志着人类已经进入内燃机时代。经过一个多世纪的不断改进，人们对内燃机的认识已经有所成就，对此科学界提出许多新的理论，研究出新型材料，这为内燃机的发展提供了必不可少的原料。如今内燃机已经广泛应用于工业、交通、农业以及国防等各个领域。如今世界上绝大数汽车、船舶为内燃机驱动，全世界有中队的商用船舶、军用车辆、舰艇等机械装置的动力都是由内燃机提供的[1]，并且内燃机的数量也越来越多，对于人类生活的影响也是越来越严重，内燃机行业的发展状况，对于国家GDP的增长以及国防事业的建设都有着至关重要的意义。
内燃机刚刚问世，由于它们数量不是很多，污染物的排放以及燃料的消耗都是极少的，随着内燃机的应用越来越广泛，数量也是逐年增加，人们的生活、工作环境遭受严重的污染，不可再生能源的储存量越来越少。近年来的相关数据显示：地球上大部分的污染和内燃机的污染物排放有关[2]。有关石油的研究也显示[2]：就目前的消耗速率计算，已经探明的石油资源只能维持使用十几年，我们必须找到代替能源或者节能减排。随着环境的逐渐恶化，人们越来越关注内燃机的尾气排放相关问题，因此世界各国的相关排放标准也是越来越苛刻。因此建立在内燃机足够动力的基础上，降低内燃机的消耗量以及生产费用是全世界各国在内燃机这方面的发展趋势。
柴油机由于其良好的经济性和动力性成为内燃机中使用最多的一种，其喷雾燃烧过程的性能优越决定着柴油机的整体机械性能，柴油机在排放性能上的好坏是由喷雾过程和燃烧室的匹配来决定的，因此，为了减少柴油机废气排放，必须把重点放在喷雾和燃烧的研究上。
科研人员对于柴油喷雾燃烧的研究从未停止过脚步，虽然取得了一些成果，但鉴于喷雾燃烧问题的复杂性，还是有很多未能解决的问题，这也正是科学界积极研究的问题。
柴油机喷雾过程发生在极短的时间内，并且是一个动态问题，如果想用试验方法在瞬间捕捉这个过程几乎是不可能实现的。柴油机喷雾过程有很多影响因子，喷油器的型号、喷雾温度、压力、喷射角度等，每种影响因子都对瞬态过程有着不同的影响。当控制中心发出喷油指令时，油泵从油箱中抽取燃油，并在高压油泵中进行施压，将燃油压力升高到所需压力值，通过高压泵输送给喷油器进行喷射。喷雾过程也受很多因素影响，其过程是相当复杂的动力学模型，由于其多变性，整个过程对于研究人员的定量分析造成一定的影响。再者，目前对于喷雾燃烧试验这个课题的试验手段、试验仪器和测试条件的限制，对于这项研究更是雪上加霜，难上加难，这也是造成喷雾难题的一个主要原因。目前在学界，虽有边界条件突变、空气动力干扰说、湍流扰动学、空穴扰动学说等[3]，但是，无论是何种研究结果，都不能得出一个让所有人都信服的结果，就目前而言，还没有一种统一的理论认识，这也使得科学界不能齐心协力解决喷雾问题。
综上所述，新时代的到来科技的进步，以及人们环境保护意识越来越强，研究人员需要一种方便、准确、可行的用于柴油机喷雾燃烧可视化的研究方式。研究柴油机喷雾燃烧可视化，对于改善柴油机的燃烧，降低油耗及排放都具有重要意义，也符合国家能源战略的规划。
1.2柴油机喷雾燃烧可视化的国内外研究现状
实现柴油燃烧可视化的方法大致可以分为五种：分别是光学观察窗分别在发动机的上面、下面和侧面时共三种方法，以及快速压缩膨胀法和内窥镜法这两种方法。
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