实验背景

内燃机正向高效、低排放方向发展，研究燃料燃烧的瞬态过程成为关键。定容弹燃烧实验是一种常用的燃烧研究方法，通过模拟内燃机中高压、高温及湍流环境，深入观察和分析燃烧过程中的现象。

南京诺亿中应用工程师们结合埃视通P1513型高速摄像机与纹影仪，旨在揭示燃料射流与空气混合的瞬态机制，为优化燃烧室设计、抑制爆燃风险提供数据支持。

实验配置

埃视通高速摄像机AST1913，15 000 fps @1280×1024，最小曝光时间可达100 ns。

纹影仪系统，配备532 nm高功率激光器，刀口与成像系统灵敏度达0.1%折射率变化。

定容燃烧弹，容积500 cm³，耐压10 MPa，内置湍流发生装置，配备氮气驱动射流，喷孔直径0.2 mm，射流速度100~300 m/s。

同步控制器，时序控制高速摄像机、纹影仪与点火系统。

实验过程

第一步，配置甲烷-空气混合气（当量比Φ=0.8~1.2），初始压力1.5 MPa， 温度400 K。

第二步，采用直径3mm的钨钢针以5m/s刺入电池模拟短路。

第三步，启动高速摄像机，设置合适的帧率和曝光时间，捕捉燃烧过程中的关键瞬间。通过点火系统点燃燃料射流，引发燃烧反应。用纹影仪记录下火焰的传播路径和形状变化。

第四步，实验结束后，将高速摄像机拍摄的视频图像和纹影仪记录的数据进行整理分析。通过对视频图像的逐帧分析，观察燃料射流与周围空气的混合情况，以及火焰在燃烧过程中的传播速度、方向和形态变化。

实验结论

通过高速摄像机与纹影仪的结合应用，主要结论如下：

1. 燃料射流与周围空气的混合情况对火焰的传播速度和稳定性有显著影像。良好的混合能够促进火焰的快速传播，提高燃烧效率。

2. 定容弹燃烧过程中，火焰的传播速度随着燃烧时间的增加而逐渐减小，初期阶段速度较快，与燃料的喷射和点火条件密切相关。

3.  高速摄像机捕捉到的燃烧图像和纹影仪记录的数据，可以清晰观察到燃烧过程中的火焰前锋、燃烧产物的形成和扩散等情况，为深入研究燃烧机制提供图像数据支撑。

实验展望

随着高速摄像机帧率、分辨率、低光照条件下成像性能的进一步提升，将有助于捕捉更加精细的燃烧过程。同时，高速摄像机或可与其他测量设备如PLIF，PIV等结合，形成多维度的燃烧测量系统，为内燃机燃烧过程的研究提供更加全面的数据支持。