[发明专利]内燃机沸腾传热试验测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机沸腾冷却技术领域，具体涉及一种内燃机沸腾传热试验测量装置。

技术背景

内燃机冷却系统会直接影响到内燃机的燃烧、排放等性能指标，同时对零部件的可靠性也有重要影响。另外，它也是制约内燃机升功率进一步增加的重要因素。内燃机工作期间，燃料燃烧会释放出大量的热量，会对内燃机的零部件造成强烈的热冲击，与高温燃气接触的内燃机零部件(如活塞、气缸盖、进排气门等)就会被强烈加热，产生很大的热负荷，长期处在高温状态。假使这些高温零部件的热量不能及时地散去，就会造成内燃机过热现象的产生，同时会造成一系列的不良问题。比如：高温会影响零部件材料的力学性能，影响零部件的寿命；会破坏内燃机各零部件间的油膜。但是散热过度也会引起不良状况的出现，例如：燃烧品质变坏，内燃机功率下降；润滑油粘度会有所加大，不能正常润滑等。随着新一代内燃机朝着高爆压高功率密度发展，几乎所有高功率密度内燃机都面临着严峻的热负荷问题，对冷却系统提出新的挑战和要求，促使高温沸腾冷却技术成为现代冷却系统设计的必然发展趋势。

为研究内燃机冷却水腔内的沸腾传热效果，目前一般采用建立数学模型的方法进行仿真计算，也有关于内燃机冷却通道沸腾的实验装置，但其仅仅是基于缸盖温度测量试验改进的。首先基于数值计算判断缸盖水腔壁面的高温区域(高温区域的判断比较精确)，然后通过测量发动机在某一工况下距缸盖水腔侧高温区域的温度梯度以大致获得高温区域的壁面温度与壁面热流量，最后基于发动机的负荷特性试验(或者采用可控水泵控制其冷却液流量保持一致)以获得高温区域壁面热流密度随壁面温度的变化关系，最终可以判断该高温区域在发动机某工况下的沸腾状况(泡核沸腾状况下壁面热流密度随壁面温度的升高大幅提高，而膜态沸腾状况下壁面热流密度随壁面温度的升高反而下降)。

上述实验装置只能获取内燃机冷却通道进出的冷却液的温度，压力和流量等数据，而且实际测量中需要在缸盖上打出测量孔，这样会破坏缸盖的热流线，导致缸盖的热流密度产生变化，使获得的数据失真。该方法只能得到发动机在某一工况下的散热所能带出的热量，而不能准确的获得缸盖散热的温度梯度，很难精确获得高温区域的壁面温度和壁面热流量。因此，该装置只能够定性的测量出内燃机冷却水腔内沸腾传热特性，而且该方法测量精度较低；若要判断某冷却液流量下缸盖水腔内的沸腾状况，需要进行大量的试验测量，试验工作量过于庞大；此外，由于内燃机冷却系统过于复杂，很难准确的对冷却液流量、冷却液温度与冷却系统压力进行单因子变化控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，其通过设置与内燃机缸盖冷却液通道相当的实验装置，不仅可以准确的获得缸盖冷却通道内冷却液的沸腾传热特性，而且可以解决对冷却液流量、冷却液温度与冷却系统压力进行优化实验时，实验工作量过于庞大的问题，从而可以在较小的工作量的情况下得到较为准确的结果。

为实现上述发明目的，本发明提供一种内燃机缸盖沸腾冷却传热的实验测量装置，通过设置与内燃机缸盖冷却液通道相当的部件，并对模拟的内燃机缸盖冷却通道内冷却液的温度、压力、流量进行测量，从而获得内燃机冷却通道对沸腾传热特性的影响，其特征在于，

该装置包括提供用于循环的冷却介质的储液罐，以及通过管道与所述储液罐连接，用于模拟内燃机缸盖冷却通道的模拟通道，所述冷却介质流经该模拟通道，该模拟通道由作为通道底壁的传热底板、作为通道两对立的两侧壁的第一石英板和第二石英板以及作为通道顶壁的第三石英板组成，其中，所述通道底壁上设置有用于加热该传热底板从而加热流经通道内的冷却介质的加热块，以模拟气缸壁面传递给冷却通道侧的热量，所述传热底板内分层设置有多个温度测量点，以用于获取所述传热底板不同高度处的温度值，利用傅里叶导热定律进而推算出壁面换热量与壁面温度，所述模拟通道入口和出口处均设置有用于获取冷却介质温度和流量的温度传感器和流量传感器；

通过获取进入模拟通道前后的不同温度、流量和压力条件下壁面换热量与壁面温度关系，即可获得缸盖冷却通道内冷却液的沸腾传热特性。

作为本发明的改进，所述加热底板上的不同高度上分别布置有多个热电偶，用于获得该传热底板不同高度处的平均温度。

作为本发明的改进，所述加热底板的作为所述模拟通道底面的壁面上也设置有热电偶，用于测量模拟通道底壁面的温度。

作为本发明的改进，所述加热底板中嵌有紫铜加热块，该加热块内设置有多个加热孔，用于容置电加热棒，以对加热块进行加热。