面向教学及科研的高校内燃机实验室建设

杨燕红，王永忠

(西华大学 汽车测控与安全四川省重点实验室，成都 610039)

高等学校承担教学与科研的双重任务。高校内燃机实验室是车辆工程、热能与动力工程、汽车服务专业授课及大学生科技创新活动必不可少的场所。同时，随着高校与企业产、学、研的结合日益紧密，学校教师利用内燃机实验室开展相关研究、测试的科研项目也越来越多［1－6］。

面向教学及科研，结合学校内燃机实验室重建项目，进行了如下内燃机实验室的规划、设计及实施。

1 实验室总体布置

整个实验室分为主楼和辅楼两部分，如图1所示［7］。实验室的主楼后侧仅有一层，层高7 m，楼下为安装发动机台架的实验室，楼上为安装各实验室通风设备的地方。主楼前侧(控制室一侧)为两层，第一层主要为教学活动场所，第二层为科研活动场所。

考虑到发动机试验时的振动及噪声，教学及科研用发动机台架都安装在一楼，如图2所示。1至5号实验室共设置了7个发动机台架，测试设备安装使用情况如表1所示。

2 实验室的通风系统设计

实验室采用常规的通风方式，即利用外部空气强制通风，从实验室带走各系统产生的热量。

根据各实验室配置的发动机型号、规格及测功机型号，通过实验室发动机、排气系统、测功机等散失的热量比例可估算热负荷是HL(kW)，如表2所示。

根据各实验室的热负荷HL，则需要的空气流量计算公式为:

由于实验室温度升高10℃是合理的，则ΔT=10℃。

图1 试验室总体外观

图2 实验室一层平面总体布局

表1 各实验室测试设备情况

有了各实验室所需通风的空气流量，再加上一定的富余量，就可以确定各实验室通风系统的组成及规格如表4所示。

3 发动机及发动机台架冷却系统设计

3.1 冷却系统水回路设计

从既往的科研项目来看，在发动机台架上进行可靠性、耐久性及相关性能试验的情况较多，这些试验占用台架时间长，且具有连续性。考虑到在进行科研活动的同时，教学活动也有可能同时进行，本实验室发动机及台架冷却系统采用水池存水的开式系统，如图3所示。

图3 水池在水的开放式冷却净流

表2 实验室发动机、排气系统、测功机等散失的热量比例

水池位于地面以下，由隔水墙分为热水池和冷水池，水从冷水池一侧开始循环，通过冷却水循环泵加压到测功机及发动机冷却系统对其进行冷却，然后流回到热水池一侧。热水通过冷却塔泵抽到冷却塔上，再由冷却塔流回冷水池。

表3 实验室的排风、送风量

3.2 冷却系统水流量确定

对经过发动机冷却水套后的温度升高值一般设计为10℃。将电涡流测功机冷却水最高出口温度为60℃，水力测功机冷却水最高出口温度定为70℃。

根据表5及各实验室的配置可得到各实验室的冷却负荷。由冷却负荷及表6可计算出各实验室的冷却水流量。根据各实验室的冷却水流量，则可确定冷却系统的水流量。

表4 实验室通风系统的组成及规格

表5 冷却负荷

表6 冷却水流量

根据各实验室的配置，由表5计算出冷却负荷，再根据冷却负荷由表6计算出各实验室的冷却水流量，从而确定冷却系统的设备型号。

4 结束语

本实验室建成后，极大地改善了发动机实验环境，很好地满足了教学及科研的需求。实验室内可一次性完成内燃机原理实验、环保学实验等实验项目。实验室还面向企业及社会进行了新型燃料对比试验、发动机及其零部件性能及耐久性实验、发动机排放试验等科研项目。被政府相关部门授予“汽车整车及零部件测试”重大产业技术服务平台。

［1］赵国柱，姚静.“发动机构造与原理”课程实验教学改革［J］.实验室研究与探索，2009，28(4):137－139.

［2］朱军，周建军.提高高校大型仪器设备使用效益的思考［J］.实验技术与管理，2011，28(7):205－207.

［3］杜明辉，叶朝良，刘鹏.国家级实验教学示范中心建设的研究与实践［J］.实验技术与管理，2011，28(7):130－133.

［4］金华明.车辆工程实验课程教学研究［J］.农业装备与车辆工程，2010(10):49－51.

［5］赵国柱，姚静.内燃机实验教学新体系的构建［J］.实验技术与管理，2009，26(3):137－138.

［6］赵青山，邹月利，徐雅琴.大型仪器设备科学管理体系的研究与实践［J］.实验科学与技术，2010，8(3):171－173.

［7］A.J.马特，M．A．普林特.发动机试验理论与实践［M］.宋进桂，于京诺，译.北京:机械工业出版社，2009.