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原文传递一种活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置及试验方法

专利名称：	一种活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置及试验方法
摘要：	本发明涉及一种活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置及试验方法，包括主体振荡装置、矩形空腔加热装置、冷却液供给收集装置、高速摄影设备、螺栓、安装平台、控制箱、计算机；安装平台安装在主体振荡装置上侧位置，并与主体振荡装置连接，矩形空腔加热装置通过螺栓安装固定在安装平台上面一端，冷却液供给收集装置安装固定在安装平台上面另一端，控制箱通过导线分别与计算机、主体振荡装置、矩形空腔加热装置、冷却液供给收集装置、高速摄影设备连接进行数据传输。本发明通过动态模拟活塞实际工况下的振荡工作条件，使用高速摄像机可以直观地观察冷却液的振荡流动特性，同时可以计算得出壁面换热系数，进一步分析活塞内冷油道的振荡传热性能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	云南;53
申请人：	昆明理工大学
发明人：	邓晰文;陈浩;谢光义;雷基林
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910202858.9
公开号：	CN110057859A
分类号：	G01N25/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	650093 云南省昆明市五华区学府路253号
主权项：	1.一种活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：包括主体振荡装置、矩形空腔加热装置、冷却液供给收集装置、高速摄影设备（2）、螺栓（7）、安装平台（12）、控制箱（18）、计算机（19）；安装平台（12）安装在主体振荡装置上侧位置，并与主体振荡装置连接，矩形空腔加热装置通过螺栓（7）安装固定在安装平台（12）上面一端，高速摄影设备（2）用于拍摄矩形空腔加热装置中冷却液振荡情况，冷却液供给收集装置安装固定在安装平台（12）上面另一端，控制箱（18）通过导线分别与计算机（19）、主体振荡装置、矩形空腔加热装置、冷却液供给收集装置、高速摄影设备（2）连接进行数据传输。 2.根据权利要求1所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述主体振荡装置包括曲柄长度调节装置（1）、顶杆机构（14）、机架（15）、伺服电机（16）、曲轴连杆机构（17），机架（15）呈长方体型，左、右、上三面上各设有一孔，曲轴连杆机构（17）穿过机架（15）左、右面上的孔固定安装在机架（15）内，曲轴连杆机构（17）一端伸出机架（15）连接曲柄长度调节装置（1），曲轴连杆机构（17）另一端伸出机架（15）连接伺服电机（16），顶杆机构（14）下端穿过机架（15）上面的孔伸入机架（15）内与曲轴连杆机构（17）连接，顶杆机构（14）上端与安装平台（12）连接。 3.根据权利要求1所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述冷却液供给收集装置包括冷却液储存箱（8）、风扇（9）、散热片（10）、保温箱Ⅰ（11）、导管Ⅰ（13）、导管Ⅱ（44）、阀门Ⅰ（29）、阀门Ⅱ（30）、流量传感器（31）、冷却液回收器（32）、阀门Ⅲ（33）、油泵Ⅰ（34）、油泵Ⅱ（35）、电源Ⅰ（36）、漏斗（37）、阀门Ⅳ（38）、搅拌器Ⅰ（39）、电阻丝Ⅰ（40）、温度传感器Ⅸ（41），冷却液储存箱（8）通过粘剂粘连在保温箱Ⅰ（11）内，冷却液储存箱（8）内部设有搅拌器Ⅰ（39）、电阻丝Ⅰ（40）、温度传感器Ⅸ（41），保温箱Ⅰ（11）底面通过粘剂固定在安装平台上（12）上，保温箱Ⅰ（11）一侧面设有散热片（10）及风扇（9），保温箱Ⅰ（11）另一侧面设有两孔，保温箱Ⅰ（11）顶面设有一孔；导管Ⅰ（13）呈“T”型，导管Ⅰ（13）横向部分一端与矩形空腔加热装置连通，导管Ⅰ（13）横向部分另一端穿过保温箱Ⅰ（11）侧面一孔与冷却液储存箱（8）连通，导管Ⅰ（13）横向部分上自靠近矩形空腔加热装置端向靠近冷却液储存箱（8）端依次设有阀门Ⅱ（30）、油泵Ⅰ（34），导管Ⅰ（13）竖向部分下端连通冷却液回收器（32），导管Ⅰ（13）竖向部分上设有阀门Ⅲ（33）；导管Ⅱ（44）呈“一”型，导管Ⅱ（44）一端与矩形空腔加热装置连通，导管Ⅱ（44）另一端穿过保温箱Ⅰ（11）侧面一孔与冷却液储存箱（8）连通，导管Ⅱ（44）上自靠近矩形空腔加热装置端向靠近冷却液储存箱（8）端依次设有阀门Ⅰ（29）、流量传感器（31）、油泵Ⅱ（35）；漏斗（37）穿过保温箱Ⅰ（11）顶面孔与冷却液储存箱（8）连通，漏斗（37）上设有阀门Ⅳ（38）；电源Ⅰ（36）为冷却液供给收集装置整体供电。 4.根据权利要求3所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述粘剂采用XZ-T002耐高温粘合剂；流量传感器（31）采用液体涡轮流量计传感器；温度传感器Ⅸ（41）采用欧米茄红外温度传感器变送器，型号为OS137-1-MV-F OS137-1-MV-C。 5.根据权利要求1所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述矩形空腔加热装置包括矩形透明空腔模型（3）、温度采集板（4）、保温箱Ⅱ（5）、加热腔（6），所述矩形透明空腔模型（3）上、下表面采用铝合金材料，四周面采用透明有机玻璃材料制成，温度采集板（4）和加热腔（6）均采用保温隔热材料；温度采集板（4）位于矩形透明空腔模型（3）上面，加热腔（6）位于矩形透明空腔模型（3）下面，采用3D打印技术将矩形透明空腔模型（3）、温度采集板（4）、加热腔（6）打印成为一个整体，加热腔（6）通过粘剂固定在保温箱（5）内，保温箱（5）底面通过粘剂固定在安装平台（12）上，并通过螺栓（7）将矩形空腔加热装置与安装平台（12）进一步固定。 6.根据权利要求5所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述温度采集板（4）内部设有温度传感器Ⅰ（26）、温度传感器Ⅱ（27）、温度传感器Ⅲ（28）、温度传感器Ⅳ（42）、温度传感器Ⅴ（43）五个温度传感器，温度传感器Ⅰ（26）、温度传感器Ⅲ（28）、温度传感器Ⅳ（42）、温度传感器Ⅴ（43）分别设于温度采集板（4）的四角位置，温度传感器Ⅱ（27）设于温度采集板（4）的中央位置。 7.根据权利要求5所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述加热腔（6）内包括电阻丝Ⅱ（20）、温度传感器Ⅵ（21）、温度传感器Ⅶ（22）、温度传感器Ⅷ（23）、搅拌器Ⅱ（24）、电源Ⅱ（25），加热腔（6）内部充满固体钠或液体钠，电阻丝Ⅱ（20）呈曲线布置于加热腔（6）内，温度传感器Ⅵ（21）和温度传感器Ⅶ（22）分别安装在加热腔（6）内后侧两端，温度传感器Ⅷ（23）安装在加热腔（6）内前侧中间位置，搅拌器Ⅱ（24）安装在加热腔（6）内中央位置，电源Ⅱ（25）为整个装置供电。 8.根据权利要求5所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置，其特征在于：所述粘剂采用XZ-T002耐高温粘合剂；温度传感器Ⅰ（26）、温度传感器Ⅱ（27）、温度传感器Ⅲ（28）、温度传感器Ⅳ（42）、温度传感器Ⅴ（43）、温度传感器Ⅵ（21）、温度传感器Ⅶ（22）、温度传感器Ⅷ（23）均采用欧米茄红外温度传感器变送器，型号为OS137-1-MV-F OS137-1-MV-C。 9.一种利用权利要求1-8所述的活塞内冷油道振荡传热性能的模拟装置进行活塞内冷油道振荡传热性能的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：打开阀门Ⅳ（38），将实验冷却液由漏斗（37）增添至冷却液供给收集装置中的冷却液储存箱（8）内，关闭阀门Ⅳ（38），操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制冷却液供给收集装置中的电源Ⅰ（36）给电阻丝Ⅰ（40）供电进行加热保温，控制启动搅拌器Ⅰ（39）对冷却液储存箱（8）内的冷却液进行搅动使其均匀受热，保证冷却液温度稳定在试验需要温度范围内，控制启动高速摄影设备（2）对矩形空腔加热装置中的矩形透明空腔模型（3）部分进行录像；步骤二：操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制主体振荡装置中的伺服电机（16）启动，伺服电机（16）带动曲轴连杆机构（17）在一定转速下稳定运转，进而通过顶杆机构（14）带动安装平台（12）及其上方的矩形空腔加热装置实现往复运动；步骤三：操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制矩形空腔加热装置中加热腔（6）内电源Ⅱ（25）给电阻丝Ⅱ（20）供电加热，控制启动搅拌器Ⅱ（24）对加热腔（6）内的固体钠或液体钠进行搅动使其均匀受热，保证矩形透明空腔模型（3）内温度稳定在试验需要温度范围内；步骤四：当矩形透明空腔模型（3）内温度达标后，打开冷却液供给收集装置中的阀门Ⅰ（29），操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制启动油泵Ⅱ（35）通过导管Ⅱ（44）自冷却液储存箱（8）由向矩形透明空腔模型（3）内抽送冷却液，并通过流量传感器（31）采集矩形透明空腔模型（3）内冷却液的填充率，当冷却液填充率达到目标值时控制关闭油泵Ⅱ（35），关闭阀门Ⅰ（29）；步骤五：冷却液填充完毕后，操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制温度采集板（4）进行第一次温度采集，温度采集板（4）将采集数据传输给计算机（19）保存，后续每间隔三十秒进行一次温度采集，共采集二十次；步骤六：采集二十次温度后，操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制断开电源Ⅰ（36）及电源Ⅱ（25），关闭搅拌器Ⅰ（39）及搅拌器Ⅱ（24），关闭伺服电机（16），关闭高速摄影设备（2）；步骤七：打开冷却液供给收集装置中的阀门Ⅱ（30），操作计算机（19）通过控制箱（18）发出指令，控制启动油泵Ⅰ（34）通过导管Ⅰ（13）将矩形透明空腔模型（3）内的冷却液抽送回冷却液储存箱（8）中，控制启动风扇（9）对冷却液储存箱（8）中的冷却液进行散热，便于迅速地进行下一次实验；步骤八：通过控制矩形透明空腔模型（3）中冷却液的填充率及伺服电机（16）的转速进行多次实验，采集不同工况下的试验数据，由计算机（19）对采集的录像数据和温度数据进行分析，得出冷却液振荡流动情况以及矩形透明空腔模型（3）壁面平均换热系数；步骤九：试验结束后，打开阀门Ⅱ（30）及阀门Ⅲ（33），使矩形透明空腔模型（3）中的冷却液流出到冷却液回收器（32）内。
所属类别：	发明专利