定容燃燒可視化實驗室及教學(xué)應(yīng)用研究

暴秀超 張詩波 唐嵐

【摘要】定容燃燒可視化實驗是指先將可燃混合物放入有光學(xué)通路的容器內(nèi)燃燒，并用高速相機(jī)記錄下燃燒時的圖片，最后將廢氣排出的整個過程。通過該實驗室可以為本校師生針對液體燃料霧化機(jī)理、火焰發(fā)展規(guī)律、排放污染物形成和控制等研究提供實驗手段， 為本專業(yè)燃燒學(xué)及相關(guān)課程提供教學(xué)實驗環(huán)境。本文首先從燃燒可視化實驗室的組成及功能出發(fā)，并對該實驗室的教學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

【關(guān)鍵詞】定容燃燒 可視化 實驗室 教學(xué)應(yīng)用

【基金項目】高效與清潔汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊項目（2017TD0026），西華大學(xué)教師師資支持計劃（21050018）；西華大學(xué)研究生示范課程項目QJ1408020004；西華大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊（05050039）。

【中圖分類號】G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）12-0158-01

引言

定容燃燒裝置主要模擬活塞上止點附近的燃燒情況，其結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、可以方便地改變點火時刻的壓力、溫度、燃料種類、燃空當(dāng)量比、殘余廢氣系數(shù)、點火間隙與點火能量等單一參數(shù)，從而成為探索實現(xiàn)點火內(nèi)燃機(jī)高效率低污染燃燒研究的有效途徑[1]。

1.定容燃燒可視化實驗室的組成

定容燃燒可視化實驗室主要可分為五個部分：其一是用于燃料燃燒的燃燒彈，為了利于紋影儀的擺放燃燒彈要放在測試區(qū)的中間，燃燒彈側(cè)方安裝有供給燃料的進(jìn)氣系統(tǒng)，另外為了實驗的順利進(jìn)行及人身安全，需在燃燒彈上方設(shè)置排氣裝置，經(jīng)排氣罩、排氣管、以及風(fēng)機(jī)向外抽氣；其二是用于可視化測試的水平臺及高速攝像機(jī)，由于燃燒是發(fā)光發(fā)熱的化學(xué)反應(yīng)，直接拍照燃燒鋒面的輪廓不夠清晰，因此通常采用紋影攝像的方法來獲得燃燒時的圖片，水平臺便是用來擺放紋影儀設(shè)備，為了節(jié)省空間本實驗室的紋影儀擺放為Z字形；其三是用于為所需設(shè)備提供電源的插座，本實驗室所用電路有220v和380v兩種，其中220v電用于紋影儀光源、燃燒彈彈體儀表、燃燒彈加熱控制器、燃燒彈測試設(shè)備；380v電用于供油系統(tǒng)；其四是用于燃料存放的遮陽遮雨開放雨棚、本實驗室將其放置在后墻左側(cè)背后，燃料氣瓶依次依墻擺放并有固定裝置來固定氣瓶，氣瓶中心距間隔大約為40cm，遮雨遮陽棚周圍三面需敞開，保證氣瓶如有泄露能及時排出，但為了安全期間（防止外人亂動氣瓶及閥門）需用鐵柵欄將其圍起來，另外，為了保證氣瓶運(yùn)輸?shù)陌踩砸凶銐虻钠教雇ǖ乐翚馄康臄[放處；其五是用于實驗時的人工操作空間，放置操作臺、座椅、書柜等。

2.定容燃燒可視化實驗室功能分析

燃燒可視化實驗室面向?qū)ο鬄闊崮芘c動力工程專業(yè)教師、研究生和本科生， 為師生開展燃燒可視化研究提供實驗手段， 為本科專業(yè)課程提供教學(xué)實驗環(huán)境，為此該實驗室具有以下功能：

1）擁有高強(qiáng)度定容燃燒彈，為本專業(yè)師生研究燃油霧化機(jī)理、燃燒火焰發(fā)展規(guī)律、污染物形成和排放控制等提供實驗設(shè)備；2）具有高速紋影攝像平臺， 為師生開展高速圖像采集與處理提供通用設(shè)備支持；3）可針對熱能與動力工程專業(yè)教學(xué)， 開設(shè)燃燒學(xué)、替代燃料研究等實驗項目；4）實驗室可通過多種接口、多平臺支持軟件進(jìn)行功能擴(kuò)展， 能根據(jù)測試規(guī)模、對象特征、應(yīng)用背景， 快速實現(xiàn)測試系統(tǒng)的硬軟件集成設(shè)計。

3.定容燃燒可視化實驗室的教學(xué)應(yīng)用

1）有助于學(xué)生對抽象理論的理解與掌握

燃燒學(xué)是教授學(xué)生燃料燃燒原理及特性的課程，它包含的內(nèi)容是物理化學(xué)的融合，在此課程的教學(xué)中會涉及到很多的定律及經(jīng)驗公式。傳統(tǒng)的教學(xué)使得學(xué)生對其內(nèi)容的掌握只能靠死記硬背，學(xué)生根本不理解。通過燃燒可視化實驗的教學(xué)是學(xué)生直接觀察了燃燒的整個過程，并通過圖像數(shù)據(jù)的分析可以自己得到燃燒特性參數(shù)，從而有助于學(xué)生理解和掌握課堂教學(xué)中的抽象理論。

2）有益于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

學(xué)習(xí)者的情感在知識學(xué)習(xí)中起著十分重要的作用，一個人只有對學(xué)習(xí)懷有高度的熱情才能更好的掌握教學(xué)內(nèi)容。燃燒可視化實驗室中教學(xué)信息的呈現(xiàn)采用了可燃物真實的燃燒過程， 對教學(xué)信息的表現(xiàn)同傳統(tǒng)教學(xué)過程相比更加具體、生動、形象， 因此可以較大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性， 使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動變?yōu)橹鲃印?/p>

結(jié)論

定容燃燒可視化實驗室可以為師生研究燃油霧化機(jī)理、燃燒火焰發(fā)展規(guī)律、污染物形成和排放控制等提供實驗手段， 還可以為本專業(yè)燃燒學(xué)及相關(guān)課程提供教學(xué)實驗環(huán)境。通過對燃燒可視化實驗室的教學(xué)應(yīng)用研究得出：燃燒可視化實驗教學(xué)環(huán)節(jié)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 有助于對學(xué)生動手能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)， 尤其對教學(xué)質(zhì)量的提高更加具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]周龍保等.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005

作者簡介：

暴秀超（1981-），女，博士，副教授。