气道试验台变压差稳流测试技术
成果与项目的背景及主要用途: 内燃机是应用范围最广的动力装置,消耗我国石油总量的 60%,并且是城市 大气主要污染源,内燃机节能减排是国家的重大需要。燃烧技术是内燃机的核心 技术,包含“油”和“气”两大要素,气道作为内燃机的“咽喉”,是控制“气”的关键, 良好的气道性能是实现内燃机节能减排的前提。 长期以来,气道开发和生产质量在线控制始终是世界难题。由于气道性能的优劣 直接影响着内燃机的动力性、经济性以及其他特性,气道的测试十分重要。欧美 传统气道测试采用定压差方法,测试中需反复调节气道压差至定值,单次测试超 过 15 分钟,而内燃机生产节拍约为 5 分钟/台,因此仅能用于实验室研发,根本 无法满足生产线在线检测的效率要求。本发明使气道测试效率提高5倍以上,攻 克了气道生产质量在线控制的世界难题,应用于玉柴、潍柴等企业多条生产线, 高排放标准内燃机合格率大幅提升。 技术原理与工艺流程简介: 内燃机气道及缸内流动属于复杂壁面条件下的剪切湍流,同时伴随有活塞、 气门等周期性运动边界,整体流动特性直接受近壁流动影响。研究发现,随着外 流场雷诺数的增大,达到充分发展湍流,近壁雷诺应力增大,动量交换加剧,粘 性底层厚度明显变薄,壁面阻力系数趋于恒定,流量系数、涡流/滚流强度等无 量纲参数不再随雷诺数发生变化。 研究进一步发现,进气过程中若对应最低气门升程的雷诺数达到其临界值, 则在相同条件下随着气门升程的增大,气流将始终保持充分发展湍流状态,即后 续气门升程下雷诺数将始终高于相应气门升程的临界值。基于以上发现,提出了 48天津大学科技成果选编 变压差气道测试方法:测试过程以气流达到充分发展湍流状态为控制条件,即保 证雷诺数始终高于临界值,仅需设定最低气门升程的气道压差,从而免去了后续 过程中压差的反复调节。 技术水平及专利与获奖情况: 2012 年,气道试验台变压差稳流测试技术通过中国机械工业联合会组织的 专家鉴定,以郭孔辉院士为主任的鉴定委员会一致认为“该项目取得了重大的理 论突破和技术创新,拥有多项自主知识产权,综合性能达到国际同类产品的领先 水平,具有重大的综合效益,应用前景广泛”。 专利情况:目前发明专利授权 7 项,其中核心发明专利 “快速检测内燃机气 道流动性能参数的试验装置”于 2012 年获第十四届中国专利优秀奖,核心发明专 利“用于气体测量的高灵敏涡流动量计” 2014 获第十六届中国专利优秀奖。 获奖情况:2012 年获中国机械工业科学技术一等奖。2013 年获天津市技术发明 一等奖。 应用前景分析及效益预测: 本项目已广泛应用于内燃机企业如潍柴、玉柴,汽车企业如东风、上汽,摩 托车企业如隆鑫、建设,科研院所如中汽研、七一一所等 56 家单位,气道试验 台累计销售 60 余台套(国内仅 4 台套进口产品),国内市场占有率近 95%,从 根本上改变了国内企业长期依赖国外气道技术的局面,十年来协助企业攀登了国 一至国五排放法规的 5 个技术台阶,有力地推进了内燃机节能减排和行业技术进 步,国际同行始终试图打破本项目的垄断地位未果。随着汽车、内燃机工业的飞 速发展以及排放法规的不断严格,企业自主开发气道并在线检测气道将成为必然, 本成果应用前景十分广阔。 应用领域:内燃机测试及研究 技术转化条件(包括:原料、设备、厂房面积的要求及投资规模) 厂房面积 500 平方米,投资规模 3000 万 合作方式及条件:技术合作或专利转让,转让费 2000 万元人民币
天津大学
2021-04-11