柴油引燃天然气发动机天然气射流特性

在定容弹上利用纹影法开展了不同喷射压力和喷射间隔下的天然气/柴油双燃料喷射中天然气射流特性研究,并结合PIV试验得到的天然气射流环境流场探讨了天然气射流和柴油喷雾相互作用过程.结果表明:天然气射流头部、中部、底部周围空气有不同的运动状态;天然气射流在贯穿柴油喷雾时会受其阻碍,使得射流贯穿距和锥角均减小;天然气喷射压力的提高会减弱柴油喷雾对天然气射流的影响;随着喷射间隔增大,柴油喷雾与天然气射流的相互作用减弱,柴油喷雾对天然气射流贯穿距和锥角的影响也随之减小.     

利用高速摄影纹影法研究天然气高压喷射射流特性

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同喷射压力和背压下的天然气高压喷射射流特性试验研究。通过纹影照片得到了不同喷射压力和背压下的射流贯穿距离、射流锥角和射流体积随时间变化的规律,计算得到了射流内整体过量空气系数随时间变化的规律。结果表明:射流发展分两个阶段,射流初期阶段和射流主体阶段。在射流初期阶段,射流贯穿距离快速增加;在射流主体阶段,射流贯穿距离随时间呈线性增加趋势。射流贯穿距离、射流体积和射流内整体过量空气系数随时间而增加,射流发展过程中射流锥角基本保持不变。随着喷射压力的提高,射流贯穿距离和体积增加,射流锥角减小,射流内整体过量空气系数增大。随着容弹背压的增加,射流贯穿距离和射流体积减小,射流锥角增加,射流内整体过量空气系数增大。     

氩-氧氛围中氢气射流喷射与混合特性的研究

氩气循环氢燃料发动机以氩-氧(Ar-O_2)混合气代替空气作为工质气体,可提高发动机效率,并避免NO_x的产生.基于纹影法研究了氩-氧氛围中不同压力边界下氢气射流喷射与混合特性,结果表明:氢气射流锥角总体上随着喷射过程的发展逐渐减小,然后趋于稳定,且受压力边界的影响较小,稳定在28.5°～33.5°;射流截面积随着喷射过程的发展近似呈线性增长;提高喷射压力以获得大贯穿距离是提高射流截面积及体积的有效方法;射流内部过量氧气系数φ_o随着喷射过程的发展呈上升趋势,选取高喷射压力有助于增大射流内部过量氧气系数,且对于一定的喷射压力,存在实现最大过量氧气系数的最佳环境压力.通过对不同压力边界下射流贯穿距离与喷射时间的关系拟合分析,获得一种基于压力边界预测气体射流贯穿距离的方法.     

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.     

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。     

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。     

醇类-生物柴油混合燃料喷雾特性的试验

利用高速摄影和粒子图像分析技术(PDIA)研究了生物柴油、B 20(80%,生物柴油和20%,正丁醇)、P 20(80%,生物柴油和20%,正丙醇)和E 20(80%,生物柴油和20%,乙醇)的喷雾宏观和微观特性,主要对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)和液滴尺寸分布等喷雾特性参数进行了分析.结果表明:生物柴油、B 20、P 20和E 20的喷雾贯穿距离依次减小,平均锥角依次增大.随喷射压力和环境压力的增加,燃料的影响逐渐削弱,喷雾贯穿距离和锥角主要受喷射压力和环境压力的影响.喷射压力的升高使生物柴油和醇类-生物柴油混合燃料的SMD减小,小粒径液滴所占的比例有所上升.喷射压力为80,MPa、环境压力为1,MPa时,轴向距离为50,mm处,醇类-生物柴油混合燃料相对生物柴油SMD平均减小1.6,μm(5.7%,),不同醇类-生物柴油混合燃料间SMD也依次减小,但幅度略小.醇类与生物柴油掺混可以提高喷雾质量.     

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。     

基于平面激光Mie散射技术的乙醇喷雾特性研究

采用平面激光Mie散射技术,利用直喷式发动机的多孔喷油器,研究了喷射压力、环境压力对乙醇喷雾特性的影响,并与汽油喷雾进行对比.试验结果表明:乙醇喷雾的贯穿距随着喷射压力的升高和环境压力的降低而增大;喷雾锥角随着环境压力和喷射压力的升高而增大.乙醇喷雾的初速度和贯穿距小于汽油喷雾,其喷雾锥角与汽油无明显差别.     

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.     

强化混合条件下乙醇柴油和柴油的喷雾混合特性

通过可视化定容燃烧弹试验台,采用纹影法研究了强化混合条件对乙醇柴油(E 20)和柴油喷雾混合特性的影响,喷油压力为50~200,MPa,燃油温度为343~423,K.试验表明:随喷油压力提高,喷雾锥角略有减小,但喷雾贯穿距和喷雾体积显著增大,喷雾的油气混合速率大幅提高;随燃油温度增加,喷雾锥角、喷雾贯穿距和喷雾体积变化不大,喷雾混合速率变化不明显.尽管乙醇的挥发性高于柴油,但添加乙醇对柴油喷雾的贯穿距和喷雾锥角影响不大.E 20喷雾贯穿距略小于柴油,喷雾锥角比柴油的约大5%,卷吸的空气体积比柴油稍大,燃空当量比小于柴油,形成稀混合气所需的时间更短.降低氧体积分数将使燃空当量比增大.提高喷油压力和掺混乙醇是加快柴油喷雾稀混合气形成速率的可行方法.     

柴油/二甲氧基甲烷混合燃料喷雾特性的研究

开展了柴油/二甲氧基甲烷(DMM)混合燃料喷雾特性的研究。研究结果表明,在相同环境压力和喷嘴直径下,随着燃料中二甲氧基甲烷掺混比例的增加,喷雾锥角增大,贯穿距离减小;环境压力的增加使得燃油喷雾锥角增大,贯穿距离度减小。对于不同燃油,喷雾锥角与环境压力均呈现θ∝p0a.15的关系;随着喷孔直径增加,喷雾锥角增大,贯穿距离增长;在非破碎段区间内各种燃料的贯穿距离与时间均成正比关系;在破碎段区间内贯穿距离与时间呈现s∝tn关系,对于柴油n=0.6,而且随着DMM含量的增加n值逐渐减小,直至纯DMM时n=0.5。     

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.     

燃油喷射系统参数对二甲醚闪急沸腾喷雾的影响

在环境温度293 K、环境压力0.1 MPa条件下,采用数字粒子图像速度场仪(DPIV)研究了喷嘴开启压力、喷孔直径对二甲醚(DME)闪急沸腾喷雾和柴油喷雾的影响。研究结果表明:与柴油喷雾相比,DME闪急沸腾喷雾具有较大的喷雾锥角、喷雾面积和较小的喷雾贯穿距;这3个参数均随喷嘴开启压力的提高而增大;当喷孔直径增大时,喷雾锥角和喷雾面积随之增加,而喷雾贯穿距可能增大也可能减小。     

非食用源生物柴油喷雾特性的试验研究

采用高速摄影在基于高背压、大可视化场的定容弹(CVB)中研究了不同掺混比生物柴油的喷雾特性,并与柴油进行了对比。试验发现,随掺混燃料中生物柴油比例的增加,喷雾贯穿距增大,喷雾锥角减小,喷雾前端面速度增大。在0.05~0.475S时段的喷雾锥角对喷雾变化起重要作用,其中0.475S一般对应最终稳定的喷雾锥角。不同掺混比的生物柴油,在喷射后0.8 ms时,喷雾贯穿距开始出现较为明显的区分。     

柴油/PODE_(3-4)混合燃料喷雾特性的试验

基于高压可视化定容燃烧弹试验台,利用高速摄影技术和激光粒度仪对柴油/PODE_(3-4)混合燃料喷雾特性进行研究,分析了燃料物性、喷射压力和喷孔直径对混合燃料宏观与微观特性的影响.结果表明:混合燃料的喷雾贯穿距离大于纯柴油,并呈现先增大后趋于稳定的趋势;在高喷射压力下,相比纯柴油,混合燃料的喷雾贯穿距离增幅较为明显,但平均喷雾锥角增长幅度较小;增大喷孔直径,混合燃料与纯柴油的喷雾锥角和喷雾贯穿距离都增大;喷射压力升高,混合燃料的索特平均直径(SMD)都下降,柴油下降幅度最小,D_v90降幅较为明显,说明在喷射压力影响下,大液滴更容易破碎成小液滴;随着喷孔直径增大,混合燃料的SMD、D_v10、D_v50和D_v90都呈上升趋势,说明较大的喷孔直径不利于混合燃料喷雾特性的改善.     

小桐子油及其生物柴油雾化特性实验研究

采用雾化喷吹实验,研究不同雾化压力条件对小桐子油及其生物柴油雾化特性的影响.首先对小桐子油及其生物柴油在不同温度下的运动黏度进行测定,并进行数据拟合.喷吹对比实验结果表明,随着雾化压力的升高,雾化贯穿距增大,雾化锥角变大.相同压力条件下,小桐子生物柴油的贯穿距和雾化锥角比小桐子油大,雾化效果好.小桐子油及其生物柴油雾化...     

柴油喷雾撞壁混合过程的研究

对柴油喷雾平板撞壁过程进行了研究。表明柴油从喷孔喷出后很快达到壁面，在壁面形成壁面射流，这一部分燃油不能充分与燃烧室中的空气混合。在燃烧室壁面上加上限流沿后，发现壁面射流在遇到限流沿后从壁面剥离，在空间形成二次射流。增大限流沿的高度会增大二次射流角，而二次射流锥角没有明显的变化；增大二次撞壁距离会减小二次射流角，而二次射流锥角变化不大；喷油压力的变化只是改变燃油的撞壁时刻和喷雾贯穿距，对二次射流角和二次射流锥角的影响不大。由此可以看出，通过调整BUMP的高度和二次撞壁距离等对二次射流影响较大的参数，可以控制燃油在空间的分布，实现可控燃油混合气的形成。     

基于数字图像处理的LPG喷雾特性试验研究

使用高速纹影摄影和数字图像处理方法研究了具有相同喷孔直径的两个分别带有和不带双孔分流套的单喷孔喷嘴在MPI喷射条件下液态LPG燃料的自由喷雾过程,测量了喷雾贯穿距离、投影喷雾面积、喷雾体积和喷雾锥角等喷雾特性。通过与手工测量结果对比证明了数字图像处理方法测量结果的有效性。试验结果表明:喷射压力越高,喷雾贯穿距离、投影喷雾面积和喷雾体积越大,而喷雾锥角越小;带有双孔分流套的喷嘴雾化效果好,更有利于形成均匀混合气;在喷雾中期和后期,不带双孔分流套的喷嘴的喷雾贯穿距离长,但在喷雾初期的一段时间内,却比带有双孔分流套的喷嘴的喷雾贯穿距离短。     

柴油丙烷混合燃料的喷雾特性的试验研究

利用高速摄像和纹影成像系统研究了柴油溶解丙烷混合燃料喷雾特性。研究了不同比例柴油/丙烷混合燃料的喷雾发展过程,归纳出柴油溶解不同比例丙烷在不同环境背压下喷雾的喷射距离、破碎长度、喷雾锥角随时间的发展规律。研究结果表明:柴油溶解不同比例丙烷混合燃料与纯柴油的喷雾特性在形态上存在较明显的差别,但是在喷射距离、破碎长度和喷雾锥角与时间及背压的关系上规律相同,即喷射距离与时间呈指数关系,破碎长度与时间呈负指数关系。喷雾锥角随背压及柴油中溶解的丙烷含量的增加而增大。