喷射背压对喷油特性影响的仿真及试验研究

以某型大功率船用柴油机机械式燃油系统为研究对象,基于AMESim软件建立系统一维计算模型,研究恒定及动态背压对喷油特性的影响。仿真结果表明:随喷射背压升高,循环油量呈线性趋势下降;喷油持续期呈抛物线趋势上升。将柴油机台架试验测得的燃油喷射段缸压曲线作为计算边界输入,得到计算循环油量。相比3.0 MPa恒定背压时,循环油量下降了4.9%;喷油持续期延长3.1 °CA。针对该套燃油喷射系统的试验表明:恒定背压设定值由从6.0 MPa升高至10.0 MPa时, 推进25%负荷时主要喷射性能参数对喷射背压变化的敏感性要比推进100%负荷更强。100%负荷,背压为6.0~9.0 MPa时,循环油量变化不大;背压为10.0 MPa时,循环油量下降7.0 mg。而25%负荷时,背压为7.0~10.0 MPa时,背压每上升1.0 MPa,循环油量约下降6.0~8.0 mg。     

煤制油宏观喷雾特性试验研究

采用高速摄影技术和纹影法,通过试验研究了喷射背压、喷油嘴开启压力和喷孔直径对煤制油宏观喷雾特性的影响。试验结果表明:随喷射的持续,煤制油的喷雾贯穿距逐渐增大,而喷雾锥角呈先增大后减小的规律;喷射背压增大使得煤制油的喷雾贯穿距减小并使喷雾锥角增大;喷油嘴孔径的增大使得喷雾贯穿距离和喷雾锥角均增大;当喷油嘴的开启压力在15~23MPa之间变化时,煤制油的宏观喷雾特性变化不明显。与柴油的喷雾特性相比,两种燃油的喷雾特性变化规律基本相同,但煤制油的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大。     

高压共轨柴油机喷雾特性仿真与试验研究

建立喷雾闪光测试台架,利用此台架研究高压共轨喷油器在不同喷射压力和背压下的喷雾宏观特性,并对喷油规律进行测试.利用CFD软件Fire对燃油喷雾过程进行了仿真计算,分析了轨压、喷孔直径,以及背压对喷雾贯穿距、索特平均直径及喷雾直径的影响,并对喷雾贯穿距进行了仿真和试验结果的对比分析,从而验证了模拟计算结果的准确性.     

高背压下GDI油束喷雾特性的试验

在定容弹中,利用高速摄影和相位多普勒粒子测试技术(PDPA)研究了喷射压力、背压和喷射脉宽对汽油直喷(GDI)发动机多孔喷油器喷雾特性的影响,包括喷雾贯穿距、粒度和速度特性.结果表明:随着喷雾的发展,油束有往喷油器中心方向运动的趋势;在不同喷射压力和背压下,喷雾贯穿距均出现两阶段发展趋势;喷射压力和背压对喷雾的粒度和速度特性有着明显影响.提高喷射压力会明显降低索特平均直径(SMD),并会增加油滴速度.增加背压会导致SMD变大,并使油滴速度降低.SMD会随PDPA测量体位置远离喷油器而增大,这是由于在远离喷油器位置处,油滴间聚合作用占主导因素.在喷射脉宽大于0.8,ms时,喷射脉宽的变化对喷雾头部的速度影响不大,但是喷油脉宽的增加会导致SMD变大.     

缸内直喷汽油机两阶段喷射喷油规律研究

基于定容积法搭建了均质混合气压燃（HCCI）燃烧模式下的缸内直喷汽油机（GDI）喷油器喷油规律测试台,在保证其测试精度的基础上,研究了GDI喷油器两阶段喷油的喷射压力、喷射背压、两次喷油间隔和体积分数对其喷油规律的影响．结果表明,喷油率随喷射压力增大呈增大趋势;喷射背压只对喷油中期的喷油率有影响且随着喷射背压的增大喷油率有所下降,但喷射背压对喷油总量影响不大．试验测得的喷射间隔小于设定值．另外,两次喷射间隔较小时出现两次喷油过程重叠,使其第2次喷油率高于喷射间隔较大时的第2次喷油率．单次喷油率和喷油持续时间随着喷射体积分数增大而增大．     

高压燃油喷射诱导激波对喷雾特性的影响

为了研究诱导激波对喷雾特性的影响,采用纹影法和仿真模拟的方法对不同喷射压力、不同环境介质条件下的喷雾和激波特性进行研究.结果表明:在相同喷射压力和环境密度下,在燃油喷射初期,存在激波条件下的喷雾贯穿距小于无激波条件下喷雾贯穿距,从仿真结果来看,在燃油喷射初期激波为附体激波,激波后环境气体密度和压力均大于激波前,激波后具有更大密度和压力的环境气体会阻碍喷雾的发展,从而导致贯穿距变小.在燃油喷射中后期激波与喷雾分离之后,存在激波条件的喷雾贯穿距则要高于无激波条件下的喷雾贯穿距.激波还可以增强燃油与空气混合程度,对增大喷雾体积有一定的促进作用,且促进效果会随着激波强度的增大而更加明显,有利于油、气混合气的形成.超高压喷射仿真结果表明,当喷射压力达到240 MPa和320 MPa时,喷射初期斜激波的末端会产生弓形激波,可以加剧湍流运动促进油、气混合,此外激波的产生使激波处环境气体温度升高,当喷射压力达到320 MPa时,激波处温度最多可升高16%,这有利于燃油的雾化蒸发.     

天然气发动机燃气射流特性的可视化

基于纹影法,对不同孔径的单孔喷嘴在多种气源压力和背压条件下的高压燃气射流宏观结构特性进行研究.结果表明:即使在很小的压力差条件下,喷孔出口处仍然会形成不充分膨胀气体射流,而气体在出口处的膨胀、加速过程和诱导激波是区别于液体喷雾的主要特征.背压变化对气源与背压比的影响明显,其对射流贯穿距及锥角的影响要大于气源压力和孔径带来的影响.虽然甲烷和氮气的密度差别较大,但在相同条件下贯穿距结果无明显区别,壅塞现象对高压燃气喷射具有重要影响.由此,初步提出了针对高压燃气喷射的射流贯穿距经验公式.喷孔出口处的膨胀过程使燃气射流的近场锥角要明显大于远场锥角,同时使气体速度达到超声速,但对射流前锋面速度无明显影响,在喷射时间T_(ASOI)=1,ms之后,前锋面速度便降低到了50,m/s以下.在低背压条件下,燃气射流表现出较强的空间拓展和分布能力,但随着背压增加,气体射流的面积和体积明显减小.     

新型乳化柴油喷雾特性的试验研究

通过定容弹模拟乳化柴油喷雾形成的全过程,采用高速摄影记录了不同喷油压力、喷油背压以及喷油脉宽下乳化柴油喷雾的形成过程,从喷雾锥角、贯穿距以及锋面速度3个方面对乳化柴油的喷雾特性进行了试验研究,结果表明:乳化柴油的喷雾特性与柴油基本一致,喷油压力对乳化柴油喷雾锥角和贯穿距的影响较大,喷雾背压和喷油脉宽对乳化柴油喷雾贯穿距...     

船用电控喷油器喷雾宏观特性研究

利用定容弹及高速摄影,采用阴影法拍摄了喷雾图像,研究了喷射压力、环境气体密度对喷雾贯穿距及雾化锥角的影响。试验结果表明:随着喷射压力增大,喷雾贯穿距增大,雾化锥角变化不明显;随着环境气体密度的增大,喷雾贯穿距减小,雾化锥角增大。     

高压共轨燃油喷射雾化特性试验研究

基于GS-1000型高压共轨试验台和定容容器,利用高速摄影技术对高压共轨燃油喷射的雾化特性进行了研究。通过计算机采集多种工况下的喷雾雾化图像,并利用C#语言编制的图像处理软件对喷雾图像进行了精确处理,测取了喷雾贯穿距、喷雾锥角等喷雾特性参数。试验结果表明：喷雾贯穿距随喷射压力的升高而增大,喷射压力对喷雾锥角的影响不明显。燃油喷雾贯穿距随背压的升高而减小,喷雾锥角随背压的升高而增大。     

高压共轨燃油喷射雾化特性试验研究

基于GS-1000型高压共轨试验台和定容容器,利用高速摄影技术对高压共轨燃油喷射的雾化特性进行了研究。通过计算机采集多种工况下的喷雾雾化图像,并利用C#语言编制的图像处理软件对喷雾图像进行了精确处理,测取了喷雾贯穿距、喷雾锥角等喷雾特性参数。试验结果表明:喷雾贯穿距随喷射压力的升高而增大,喷射压力对喷雾锥角的影响不明显。燃油喷雾贯穿距随背压的升高而减小,喷雾锥角随背压的升高而增大。     

环境气体温度和密度对柴油机高压喷雾的扩展和碰壁过程的影响

本文在定容弹中用高速摄影研究了环境气体温度和密度对喷射压力为75～134MPa的柴油机喷雾贯穿距离、喷雾角及碰壁过程的影响.结果表明,环境温度对高压喷雾的影响远比对常规压力喷雾显著.环境温度升高后,高压喷雾的贯穿距离有所减小,而喷雾角则明显增大,在高温高密度下,喷雾角可增至30°以上.高压喷雾与常温壁面碰撞时,几乎看不到反跳现象,但在壁温较高时,壁面附近将有较浓密的液雾,且在液雾和壁面间有一蒸气层.环境密度对高压喷雾的影响在定性上与对常规压力喷雾相同.当喷射压力由75MPa提高到134MPa时,贯穿距离反而有所减小.本文根据这一实验结果提出了一个考虑了喷射压力和温度影响的计算贯穿距离的经验公式.     

基于长管法的柴油多次喷油规律及喷雾特性

基于长管法搭建多次喷射喷油规律测试系统,在验证其准确性的基础上,对多种2次和3次喷射方式进行喷油规律研究.发现实际喷射间隔小于设定的喷射间隔,并随着上一次喷射体积分数的增加而减小;每次喷射中喷油速率和喷油持续时间随着设定的喷油体积分数的增大而增加;调制出3种不同的3次喷射方式,并测试出其喷油规律;针对3次喷射和单次喷射,进行喷雾试验,发现3次喷射方式中的后两次喷射喷雾发展速度比第1次快,贯穿距和体积较第1次喷射时大,雾束平均燃空当量比比第1次喷射时小.不同方式下的3次喷射的雾束平均燃空当量比基本都小于1,整体雾化效果比单次喷射要好,其中均布式的3次喷射方式综合雾化效果最好.     

天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同环境压力和喷射压力下的天然气/柴油双燃料高压喷射射流特性试验.通过纹影照片得到了不同喷射压力和环境压力下的射流贯穿距、射流锥角和射流面积随时间变化的规律.结果表明:随着环境压力增大,天然气贯穿距和射流面积减小,射流锥角增大;随着天然气喷射压力增大,天然气射流贯穿距与射流面积增大,气体射流锥角逐渐减小.在较高环境压力和喷射压力情况下,双燃料喷射中的柴油射流对天然气射流的发展具有促进作用.当环境压力达到0.9,MPa时,双燃料射流中的气体射流锥角比单燃料射流高出12%,,双燃料射流中的气体射流贯穿距比单燃料射流整体低了5%,左右.     

双压共轨系统喷射特性研究

提出了双压共轨的概念,阐明了双压共轨系统(DPCRS)的结构组成和工作原理,建立了系统仿真模型,对系统的喷射特性进行了仿真研究.研究结果表明:双压共轨电控喷油系统能够实现基压可调以及基压、高压的灵活转换,可以实现更加灵活的喷油规律.通过仿真研究了喷射压力及喷油规律变化对喷射特性的影响,如贯穿度和喷射锥角.仿真结果得到了相关试验的证明.     

汽油/柴油掺混燃油两段喷射喷雾特性试验研究

基于定容燃烧弹与超高速数码相机搭建的LED-Mie散射喷雾试验台,研究了不同参数对柴油、汽油质量占比20%的柴汽混合油(记为G20)单段与两段喷射主喷液相喷雾特性的影响。结果表明,单段喷射喷雾贯穿距与喷雾锥角随喷射压力的增大而增大,G20喷雾贯穿距略小于柴油喷雾贯穿距,G20喷雾锥角略大于柴油喷雾锥角。将环境温度由300K升高到850K,喷雾贯穿距变小且喷雾很快达到稳定。冷态环境下(300K),两段喷射主喷喷雾贯穿距起始阶段与单段喷射喷雾贯穿距基本一致,但随着喷雾发展200μs左右后,两段喷射主喷喷雾贯穿距变得略小于单段喷射喷雾贯穿距。两段喷射主喷喷雾锥角略大于单段喷射喷雾锥角,预主喷间隔时间对喷雾锥角影响较小。     

煤油掺混乙醇燃料的喷雾特性试验研究

燃料的喷雾特性对其燃烧及排放性能有重要影响.因此在定容弹中利用多孔喷油器试验研究了纯煤油及煤油掺混30%和50%乙醇混合燃料在环境温度为289.15 K,环境压力为0.1 MPa下,喷射压力分别为6 MPa、8 MPa和10 MPa时的喷雾特性.结果表明:随乙醇比例增加,混合燃料的贯穿距变化不明显,喷雾锥角和喷雾面积均先增加后下降;随喷油压力升高,乙醇/煤油混合燃料的贯穿距和喷雾面积均增加,但喷雾锥角几乎不变.此外,喷射压力的增加对纯煤油喷雾特性的影响逐渐减小,却对乙醇/煤油混合燃料喷雾特性的影响逐渐增大.     

柴油喷雾撞壁形态和油束发展特征

在一台高温、高压定容燃烧弹上研究了不同撞壁距离、喷射压力和环境温度与压力条件下,柴油油束撞壁后近壁面区域的喷雾特性.利用高速摄像测量了自由喷雾和撞壁喷雾的油束发展历程,并结合仿真对燃油气相浓度和流场特性进行分析.结果表明:在环境温度为500~900,K、环境压力为1~4,MPa时,喷射压力对喷雾锥角影响较小;环境温度达到700,K及以上时,喷射压力对喷雾贯穿距的影响较小,特别当撞壁距离减小到30,mm和20,mm时,出现喷雾贯穿距随喷射压力增大而略微减小的趋势;相对于撞壁喷雾,环境温度对自由喷雾贯穿距的影响更大;随着撞壁距离减小,喷雾贯穿距逐渐减小,喷雾锥角逐渐增大,而喷雾高度则呈现先增大后减小的趋势.在上述4种边界参数中,撞壁距离对撞壁油束发展特征影响最大.     

二甲基醚喷雾特性的数值模拟和实验研究

对二甲基醚在定容室内的喷雾特性进行数值模拟分析。研究环境背压、喷孔直径、启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,比较二甲基醚和柴油的喷雾特性,并将计算结果与实验数据进行对比。结果表明:环境密度、喷孔直径越大,二甲基醚喷雾体发展越不稳定。环境密度增大时,喷雾贯穿距减小、喷雾锥角增大;喷孔直径增大时,喷雾锥角和喷雾贯穿距随之增大;启喷压力越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角随之增大。     

利用PLIEF技术对重型柴油机类似环境条件下柴油喷雾特性和浓度场的定量研究

利用复合激光诱导荧光技术在定容弹内定量研究了环境温度、环境密度、氧浓度等对重型柴油机类似环境条件下柴油喷雾特性和浓度场的影响。试验中,环境密度为20～100kg/m3,氧浓度为15%～21%,喷油压力为100～220MPa。研究发现,提高环境密度,最大液核长度显著缩短;减小喷孔直径,液核最大长度呈线性下降。降低环境温度或提高喷油压力可以弥补减小喷孔直径或提高环境密度对贯穿距离的影响。在增加充分发展期气相喷雾稀混区燃油比例方面,减小喷孔直径、降低环境温度、提高环境密度和提高喷油压力具有相互替代性。