[发明专利]一种用于观察火焰与压力波相互作用的定容燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧技术领域，具体的说，是涉及一种定容燃烧弹试验装置。

背景技术

定容燃烧弹可以模拟发动机缸内活塞上止点附近定容燃烧过程，一般用于观察改变各试验初始参数对燃烧过程产生的影响。多数情况下，会根据实验需求在弹体上设置光学观察窗口，以便利用高速摄影机拍摄观察内部喷雾、火焰传播等现象。观察窗口的材料以选用石英玻璃为主，少数情况下选用蓝宝石玻璃。但是，即使强度较高的玻璃相对燃烧弹体主体材料钢材的强度要低十余倍，而模拟内燃机缸内环境的实验条件对玻璃的耐压和耐温强度要求较高，因此一般需要采用较大的玻璃厚度以承受压力冲击。同时，设置光学观察窗口势必影响燃烧弹的密封，特别是金属材料与玻璃之间的密封，而燃烧弹的密封性能对试验结果和试验安全也有着很重要的影响。另外，窗口的设置对流场的影响作用往往被忽视，这对试验仿真环境也是有着较大的潜在影响；并且，若窗口的设置不合理会导致内腔表面形状复杂，对模拟观察燃烧压力波及其反射波的相互作用有着十分不利的影响，复杂表面的不规则反射容易破坏试验的单一初始条件。综上所述，光学观察窗口在燃烧弹的设计中起着重要影响，光学观察窗口设计合理，可以更好的观察火焰与燃烧压力波及其壁面反射波的相互作用，及其对火焰传播状态和自燃发生现象的影响。

如图1所示，现有定容燃烧弹的光学观察窗口结构均采用圆柱体的光学玻璃，采用靠近燃烧装置内壁的阶梯孔台阶面和端盖来压紧固定光学玻璃，端盖的内外侧观察孔径大小一致。可以看出，光学观察窗口与燃烧弹体内腔之间存在一定距离，火焰传播过程中容易产生空腔区域，且燃烧弹体内腔表面与光学观察窗口安装孔之间存在一个约为45度夹角的区域，端盖与光学玻璃之间也存在一个直角夹角的区域，燃烧压力波在这两个区域的反射形式与燃烧弹体内腔其余区域有较大差别。

传统定容燃烧弹中光学观察窗口的结构主要会产生以下几个方面的不利影响：一、弹体内腔形状不够规则：不规则的弹体内腔形状容易破坏弹体内流场，在弹体内部和端盖结合处产生燃烧和流动死区，且壁面反射不规则使内部压力波不规则反射波动，难以观察火焰和燃烧压力波及其反射波之间的相互作用。二、端盖与玻璃的拆卸操作影响密封性能：实验过程中需经常对光学观察窗口进行拆卸，由于端盖和玻璃分开拆装，容易破坏端盖与玻璃之间的密封，使得光学观察窗口密封性能变差，燃烧弹体出现泄漏现象，影响试验顺利进行和试验安全。三、石英玻璃的厚度较大：为了满足压力负荷要求，往往将石英玻璃的厚度做得比较大；但是由于玻璃对光源有一定的散射作用，较厚的玻璃会对高速摄影机的拍摄效果会产生一定的不良影响。四、传感器的布置安装不便：较厚的石英玻璃使得燃烧弹体各部件材料厚度大、体积笨重，从而影响到燃烧弹体上的传感器位置选择。

发明内容

本发明要解决的是现有定容燃烧弹内腔结构不够优化，导致火焰燃烧压力波及其壁面反射波不稳定，从而干扰有效观察火焰燃烧压力波及其壁面反射波影响火焰传播和产生自燃的技术问题，提供了一种用于观察火焰与压力波相互作用的定容燃烧装置，降低燃烧弹体光学观察窗口安装对其内腔形状规则性的影响，提高内腔圆滑度，从而改善其内部流场和壁面压力波反射效果；同时改变传统光学观察窗口中玻璃的受力方式，减小玻璃厚度，利于改善试验的观察和拍摄效果。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种用于观察火焰与压力波相互作用的定容燃烧装置，包括燃烧弹体，所述燃烧弹体设置有其形状为通孔的观察孔，所述观察孔上安装有光学观察窗口，所述光学观察窗口包括其外侧具有环形凸台的光学玻璃，所述光学玻璃的内侧和外侧分别安装有通过螺栓相互连接的嵌入端盖和压紧端盖，所述嵌入端盖和所述压紧端盖通过螺栓安装在所述燃烧弹体上；

所述嵌入端盖内部为与所述光学玻璃的环形凸台内侧部分相配合的第一阶梯孔、外部为用于与所述燃烧弹体外壁相接触的定位台阶，所述嵌入端盖的第一阶梯孔台阶面与所述光学玻璃的环形凸台内侧端面之间设置有耐高温垫片；

所述嵌入端盖的内侧端面与所述光学玻璃的内侧端面平齐，所述嵌入端盖内侧的外沿与所述观察孔的内沿重合；

所述压紧端盖内部为与所述光学玻璃的环形凸台外侧部分相配合的第二阶梯孔，所述压紧端盖的阶梯孔台阶面与所述光学玻璃的环形凸台外侧端面之间设置有耐高温垫片。

所述光学玻璃的环形凸台外侧和所述压紧端盖的接触面为圆弧面。

所述压紧端盖的第二阶梯孔中的小孔直径小于所述嵌入端盖的第一阶梯孔中的小孔直径。

本发明的有益效果是：