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氣道試驗臺變壓差穩(wěn)流測試技術

成果與項目的背景及主要用途：內燃機是應用范圍最廣的動力裝置，消耗我國石油總量的 60%，并且是城市大氣主要污染源，內燃機節(jié)能減排是國家的重大需要。燃燒技術是內燃機的核心技術，包含“油”和“氣”兩大要素，氣道作為內燃機的“咽喉”，是控制“氣”的關鍵，良好的氣道性能是實現內燃機節(jié)能減排的前提。長期以來，氣道開發(fā)和生產質量在線控制始終是世界難題。由于氣道性能的優(yōu)劣直接影響著內燃機的動力性、經濟性以及其他特性，氣道的測試十分重要。歐美傳統(tǒng)氣道測試采用定壓差方法，測試中需反復調節(jié)氣道壓差至定值，單次測試超過 15 分鐘，而內燃機生產節(jié)拍約為 5 分鐘/臺，因此僅能用于實驗室研發(fā)，根本無法滿足生產線在線檢測的效率要求。本發(fā)明使氣道測試效率提高5倍以上，攻克了氣道生產質量在線控制的世界難題，應用于玉柴、濰柴等企業(yè)多條生產線，高排放標準內燃機合格率大幅提升。技術原理與工藝流程簡介：內燃機氣道及缸內流動屬于復雜壁面條件下的剪切湍流，同時伴隨有活塞、氣門等周期性運動邊界，整體流動特性直接受近壁流動影響。研究發(fā)現，隨著外流場雷諾數的增大，達到充分發(fā)展湍流，近壁雷諾應力增大，動量交換加劇，粘性底層厚度明顯變薄，壁面阻力系數趨于恒定，流量系數、渦流/滾流強度等無量綱參數不再隨雷諾數發(fā)生變化。研究進一步發(fā)現，進氣過程中若對應最低氣門升程的雷諾數達到其臨界值，則在相同條件下隨著氣門升程的增大，氣流將始終保持充分發(fā)展湍流狀態(tài)，即后續(xù)氣門升程下雷諾數將始終高于相應氣門升程的臨界值。基于以上發(fā)現，提出了 48天津大學科技成果選編變壓差氣道測試方法：測試過程以氣流達到充分發(fā)展湍流狀態(tài)為控制條件，即保證雷諾數始終高于臨界值，僅需設定最低氣門升程的氣道壓差，從而免去了后續(xù) 過程中壓差的反復調節(jié)。技術水平及專利與獲獎情況： 2012 年，氣道試驗臺變壓差穩(wěn)流測試技術通過中國機械工業(yè)聯合會組織的專家鑒定，以郭孔輝院士為主任的鑒定委員會一致認為“該項目取得了重大的理論突破和技術創(chuàng)新，擁有多項自主知識產權，綜合性能達到國際同類產品的領先水平，具有重大的綜合效益，應用前景廣泛”。專利情況：目前發(fā)明專利授權 7 項，其中核心發(fā)明專利 “快速檢測內燃機氣道流動性能參數的試驗裝置”于 2012 年獲第十四屆中國專利優(yōu)秀獎，核心發(fā)明專利“用于氣體測量的高靈敏渦流動量計” 2014 獲第十六屆中國專利優(yōu)秀獎。獲獎情況：2012 年獲中國機械工業(yè)科學技術一等獎。2013 年獲天津市技術發(fā)明一等獎。應用前景分析及效益預測：本項目已廣泛應用于內燃機企業(yè)如濰柴、玉柴，汽車企業(yè)如東風、上汽，摩托車企業(yè)如隆鑫、建設，科研院所如中汽研、七一一所等 56 家單位，氣道試驗臺累計銷售 60 余臺套（國內僅 4 臺套進口產品），國內市場占有率近 95%，從根本上改變了國內企業(yè)長期依賴國外氣道技術的局面，十年來協(xié)助企業(yè)攀登了國一至國五排放法規(guī)的 5 個技術臺階，有力地推進了內燃機節(jié)能減排和行業(yè)技術進步，國際同行始終試圖打破本項目的壟斷地位未果。隨著汽車、內燃機工業(yè)的飛速發(fā)展以及排放法規(guī)的不斷嚴格，企業(yè)自主開發(fā)氣道并在線檢測氣道將成為必然，本成果應用前景十分廣闊。應用領域：內燃機測試及研究技術轉化條件（包括：原料、設備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）廠房面積 500 平方米，投資規(guī)模 3000 萬合作方式及條件：技術合作或專利轉讓，轉讓費 2000 萬元人民幣

天津大學 2021-04-11

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