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氣道試驗臺變壓差穩流測試技術

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能減排的前提。長期以來，氣道開發和生產質量在線控制始終是世界難題。由于氣道性能的優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。歐美傳統氣道測試采用定壓差方法，測試中需反復調節氣道壓差至定值，單次測試超過 15 分鐘，而內燃機生產節拍約為 5 分鐘/臺，因此僅能用于實驗室研發，根本無法滿足生產線在線檢測的效率要求。本發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。研究發現，隨著外流場雷諾數的增大，達到充分發展湍流，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生變化。研究進一步發現，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展湍流狀態，即后續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展湍流狀態為控制條件，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，從而免去了后續過程中壓差的反復調節。技術水平及專利與獲獎情況： 2012 年，氣道試驗臺變壓差穩流測試技術通過中國機械工業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：目前發明專利授權 7 項，其中核心發明專利 “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秀獎，核心發明專利“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秀獎。獲獎情況：2012 年獲中國機械工業科學技術一等獎。2013 年獲天津市技術發明一等獎。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如濰柴、玉柴，汽車企業如東風、上汽，摩托車企業如隆鑫、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長期依賴國外氣道技術的局面，十年來協助企業攀登了國一至國五排放法規的 5 個技術臺階，有力地推進了內燃機節能減排和行業技術進步，國際同行始終試圖打破本項目的壟斷地位未果。隨著汽車、內燃機工業的飛速發展以及排放法規的不斷嚴格，企業自主開發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模）廠房面積 500 平方米，投資規模 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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