利用复合激光诱导荧光法对气相柴油喷雾温度场和浓度场的定量标定

根据复合激光诱导荧光技术(PLIEF)中Lambert-Beer定律的气相荧光强度与环境温度和压力的依赖关系以及能量守恒基本原理,结合使用复合激光诱导荧光技术拍摄得到的气相喷雾荧光图像,对气相柴油喷雾温度场进行定量标定时考虑了空气卷吸率和油滴蒸发率对喷雾温度场的影响;利用Matlab软件编写了标定喷雾温度场和浓度场的迭代计算程序.研究发现,利用本标定方法,可以通过复合激光诱导荧光技术同时完成气相柴油喷雾温度场和浓度场的定量标定,标定得到的气相喷雾温度场和浓度场强烈相关.     

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对喷雾特性研究的应用Ⅱ:喷射参数和环境参数对喷雾特性的定量分析

在改变喷射控制参数和环境参数的喷雾特性研究中,应用定量标定的试验结果深入开展了喷油压力、喷孔孔径、环境密度和环境温度对喷雾各个特性参数影响的研究。研究中发现,提高喷射压力能提高喷雾动能,加速液相喷雾的破碎、促进液相蒸发形成气相喷雾,提高贯穿速率,有利于喷雾的扩散和蒸发。小孔径的喷油嘴,虽然能够减少贯穿距离,但也同时减弱了喷雾和空气的混合空间范围;由于小孔径促进了喷雾的破碎和蒸发,气相喷雾分布均匀程度明显提高。环境密度高的条件下明显减小了喷雾的贯穿距离,这样虽然导致喷雾的扩散速率降低,但由于单位体积内气体量的大幅增加,加快了环境气体和喷雾之间的互相作用,更容易形成气相。环境温度对喷雾的蒸发速率起关键作用,液相喷雾贯穿距离随温度升高而减小,同时,气相最大当量比出现时间提前,这些说明环境温度升高,加速了环境气体和喷雾间的热交换,提高了喷雾的蒸发速率,最终促进气相快速形成。     

超高喷油压力下柴油喷雾撞壁特性的定量研究

在一个定容弹里,利用复合激光诱导荧光技术(PLIEF)定量研究了柴油喷雾撞击平板后的燃油分布.试验在180、220和260 MPa3种超高喷油压力下进行的.研究发现,在气/液相喷雾同时撞壁的条件下气相喷雾瞬态最大当量比φ_(max)出现在撞壁点附近,气相喷雾瞬态最低温度T_(min)出现在气相喷雾瞬态最大当量比位置,并与其发展规律截然相反.随着喷油压力的增加,喷雾与环境气体的混合率明显提高,具体表现为:撞壁后气相喷雾φ_(max)变化不大,但液相燃油的质量分数下降,而当量比φ≤2区间的气相燃油质量分数增加,φ2区间的气相燃油质量分数下降.     

壁面温度对柴油喷雾碰壁质量分布的影响

基于AVLFIRE软件建立柴油喷雾及碰壁仿真计算模型,以定容燃烧弹中喷雾碰壁试验得出的数据为基础对模型进行标定与校核,然后对不同壁面温度条件下的喷雾碰壁特性进行仿真计算,得出了不同壁面温度时燃油的气相、液相和附壁油膜质量随时间的变化规律.结果表明:喷雾碰壁之前,液相质量随时间的增加而增加,碰壁之后,液相质量随时间的增加而减少;壁面温度对空间液相质量的分布及其随时间的变化规律影响不大;随着壁面温度升高,喷油结束之前气相质量随时间增加的速率稍有增加,而喷油结束之后气相质量随时间增加的速率明显增加,附壁油膜达到最大质量的变化速率降低,达到最大质量后,附壁油膜随时间减小的速率增加.     

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。     

重型柴油机低温环境喷雾及蒸发特性研究

利用定容燃烧弹结合米散射法、阴影法针对喷孔直径(0.12～0.32mm)和环境温度(550～850K)对重型柴油机低温环境下喷雾特性的影响进行可视化测量。结果表明:不同于轻型柴油机,在各个喷射压力和环境压力下提高环境温度到750K时,表征重型柴油机的0.32mm喷孔下的液相燃油依然持续贯穿,无法达到准稳态或达到准稳态时贯穿距离过长而湿壁。随着环境温度增加,0.32mm喷孔下的液相燃油湿壁量减小。只有环境温度增长到850K时,燃油的蒸发作用足够强烈,液相撞壁喷雾的横向扩展长度和浮起高度才能均达到准稳态。     

正庚烷喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量

激光诱导炽光法(LII)是研究火焰中碳烟体积分数和粒径的重要光学测试方法,但要实现碳烟体积分数的定量测量尚有很大难度.建立了用激光消光法(LEM)进行定量标定的LII测试系统,在定容燃烧弹中实现了喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量.结果表明,将LII和LEM的测试结果相关联,可以用来判定每一次LII测试是否受到了信号俘获现象的影响,通过合理去除无效点,可以有效地降低信号俘获现象对标定结果的影响.应用该测试系统研究了正庚烷喷雾扩散火焰的碳烟生成特性,当初始环境温度从800,K升高至823,K时,正庚烷喷雾扩散火焰中的峰值碳烟体积分数升高,并且碳烟初始生成位置更靠近喷嘴.     

利用PLIEF技术研究超高压燃油喷雾雾化和混合过程

采用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术,对燃烧室内自由发展阶段超高压喷雾的贯穿距离、锥角及气液相浓度分布情况进行了研究.实验中喷油压力从160 MPa升高到220 MPa,环境气体密度由3.7 kg/m3变化到7.4 kg/m3.研究发现,随着喷油压力升高,气相喷雾不均匀度在喷油定时T=42°CA RTDC时减小了36.7%,而在喷油定时T=-6°CA BTDC时仅减小28.4%.同时,气、液相喷雾锥角显著增大,贯穿距离小幅度减小.根据实验数据,提出了一个喷雾贯穿距离修正公式.研究还发现,当L/d0≥90时,喷雾已得到充分发展,比传统压力研究结果小很多.     

过冷/闪沸/超临界燃料喷雾特性的试验研究

利用高速Mie散射成像技术和紫外吸收/可见光散射技术对过冷/闪沸/超临界喷雾的宏观特性（气相和液相的贯穿距离、投影面积）及浓度场进行了试验测量，探讨了超临界喷雾的雾化过程及伪沸线对雾化所起的作用。结果表明：超临界喷雾的雾化过程可由伪沸线划分为类液相喷射和类气相喷射；超临界喷雾液相贯穿距离和投影面积远小于过冷喷雾和闪沸喷雾；气相贯穿距离发展速度远快于过冷喷雾和闪沸喷雾，同一喷油压力下，气相投影面积随时间呈对数函数关系，并且与喷油温度几乎无关；喷射压力在5 MPa～20 MPa范围内，采用超临界喷射策略比提高喷油压力更有利于加快蒸发和提高雾化效果；超临界喷雾浓度分布更均匀。     

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。     

液氨高压喷雾特性实验研究

结合定容燃烧弹和高速摄影技术建立喷雾可视化实验平台,模拟柴油机缸内高温高压的喷射环境,研究环境温度、环境压力和喷射压力对液氨宏观喷雾特性的影响。结果表明,液氨喷雾对环境温度敏感性极高,提高环境温度和环境压力均可不同程度地提高氨蒸发比例,使其在喷雾体积空间内分布更均匀,进而形成高质量混合气。在高环境温度下提高喷射压力虽可改善蒸发效果,但对于蒸发速率的改善并不明显。     

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.     

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。     

柴油含水乙醇乳化燃料物性及喷雾燃烧特性研究

试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。     

燃油温度对喷雾特性的影响研究

以KIVA-3V为基础,研究了在定容室喷雾条件下,燃油温度对喷雾气液相贯穿距、气相总体积及气相混合气燃空当量比分布的影响。研究结果表明:随着燃油温度的升高,喷雾的液相及气相贯穿距缩短,蒸发喷雾在径向上的扩展明显增强,喷雾蒸发的气相体积几乎呈线性增加;在燃油温度为293K时,喷雾中气相混合气燃空当量比小于1的油气质量占所蒸发总油气质量的90%以上,而燃空当量比大于2的油气质量近乎为零;但当燃油温度达530K时,喷雾中气相混合气燃空当量比大于2的油气质量约占所蒸发油气总质量的70%。     

用激光衍射法研究柴油机高压喷雾(Ⅱ)——环境温度、压力和反弹对粒度分布的影响

本文用基于激光衍射原理的Malvern2604C 型粒子分析仪,研究了定容弹中PT喷油器的高压喷雾粒度分布特性受环境温度、压力的变化以及碰壁反弹的影响。结果表明:在800K 环境温度下,在距喷孔40mm 处仍有未蒸发的燃油滴存在,且随温度的升高,SMD 有增大的趋势,而环境压力的增加,则使SMD 减小。射流碰壁后,反弹回来的油滴变得更细、更均匀。     

柴油机高压喷雾雾场的温度测量

喷雾场的温度对燃油的蒸发，混合气的形成，着火以及火焰传播有着决定性影响。在进行数学模拟时，雾场温度是很重要但很难测量的参数，迄今尚少有直接测量结果的报道。本文用薄膜式热电偶测量了柴油机高压喷雾雾场内的温度随时间的变化。热电偶经氩离子脉冲激光器标定，其时间常数约为６０‘μｓ。燃油喷射压力为１０２ＭＰａ～１３４ＭＰａ。测量结果表明，在本实验条件下，雾场内的温度与环境气体温度相差只有８Ｋ～３０Ｋ左右，比预计值要小很多。而且，环境温度较高时，雾场内外温度差减小。这可能是由于热管效应的作用。喷油压力对雾场内外温差没有明显影响，雾场外围处比雾场中心处与环境的温差要小。近喷嘴处的温度测量值随时间单调下降，且与环境温度相差较大，表明此处燃油沉积作用比较明显。     

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.     

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.     

利用PLIEF技术对重型柴油机类似环境条件下着火时刻柴油喷雾结构和浓度场的定量研究

利用复合激光诱导荧光技术在定容燃烧弹内定量研究了环境温度、环境密度、氧体积分数等对重型柴油机相似环境条件下着火时刻柴油喷雾结构和浓度场的影响.实验中,环境密度为20～ 60 kg/m3,氧体积分数为l 5％～21％.研究发现,重型柴油机相似环境条件下着火时刻柴油喷雾液核区同时存在当量比相对较高的气相喷雾;喷雾充分发展后...