残余气泡对柴油射流初期破碎的影响

柴油机喷油嘴内的残余气泡在一定程度上影响燃油的初期雾化效果,从而影响柴油机排放特性.采用高速可控闪光摄影技术拍摄了喷油器透明喷嘴孔内流动及近场喷雾,结果表明:在针阀开启之前,喷油嘴内部存在残余气泡;在喷射初期阶段,柴油喷雾结构呈现两种形态:传统的"蘑菇"形态和前端带有细长液丝的"蘑菇"形态,第一种形态出现概率远大于第二种.基于可压缩流体体积函数(VOF)多相流模型,采用大涡模拟方法,研究残余气泡对初期喷射阶段射流破碎的影响,结果表明:残余气泡的初始位置对初期射流雾化形态有显著影响;当残余气泡处于喷孔前端时射流前端会形成初始尖端,尖端周围涡环运动使其拉伸形成细长液丝,从而形成第二种射流形态.     

高速液体射流初始阶段的破碎

采用激光分幅全息技术观察到了直径０．４ｍｍ液体射流上的表面波从小到大，最后导致液体破碎的发展过程，本所得的基本结论是：液体在雾化初始阶段的破腑起因于扰动波，扰动波由表及里，在周向与轴秒不断发展，首先将射流撕裂成大液滴，之后再进一步破碎成小液滴。液体射流破碎后的液滴尺寸往往大于初始扰动波长。     

针阀升程对小压力室喷油嘴内部空化的影响

试验测得针阀升程、盛油槽压力和喷油规律曲线,盛油槽压力曲线能够客观解释喷油规律后期上升的原因.喷油规律计算值与试验值基本吻合,主体空化区域沿喷孔轴线方向发展并延伸到出口,在出口中部形成两个近似对称的区域,迹线分析显示该现象是由于燃油进入压力底部受到壁面形状的限制发生偏转造成的.针阀升程对油嘴内部流动的影响非常明显,在针阀开启和关闭的过程中,气泡产生的部位有显著变化,开启过程从喷孔入口下部转移到上部,在最大针阀升程基本稳定在上边缘,在针阀关闭时从上边缘移动到下边缘.气泡从喷孔入口开始产生,随着针阀的移动,气泡移动到出口的中部.     

喷油器带毛刺喷孔的喷雾特性试验

基于X射线CT成像技术获取了柴油喷油嘴喷孔几何结构,采用喷雾可视化技术研究了带毛刺喷孔喷雾特性.结果表明:与无毛刺喷孔相比,启喷阶段,带毛刺喷孔出口处近场喷雾湍流脉动有所增强;稳定阶段,带毛刺喷孔改变了喷雾对称结构,首先喷孔内毛刺能够从喷雾射流表面剥离出部分燃油,该部分燃油经过初次破碎后形成较为分散的液丝,其次带毛刺喷孔远场喷雾二次雾化后液滴扩散范围增大;带毛刺喷孔喷雾发展过程中出现分叉现象.     

柴油在亚、超声速气流中横向喷射实验研究

改造普通油嘴,采用单次高压燃油喷射系统和阴影照相,首次研究了柴油射流柱在亚、超声速气流中横向非定常喷射问题。忽略破碎和雾化过程,用双流体模型和高精度格式,对该问题进行了初步的数值模拟。结果表明：沿射流柱表面传播的表面波是引起射流柱破碎的主要因素,破碎点位于表面波的波谷。高速气流中射流柱的雾化过程可分为射流柱区、大液块的首次破碎区、小液块的二次破碎区和液滴区。射流激波贴近射流柱迎风面,为三维凸形结构,在通道内反射,形成非定常的复杂波系结构。射流、来流动压比是影响柴油穿透深度的关键参数。计算得到的液相等密度线分布与实验结果在定性上一致。     

基于欧拉多流体模型对喷嘴内流和射流破碎的研究

在Open FOAM的框架下,采用多流体模型和大涡模拟方法研究不同背压对喷嘴内流和射流破碎的影响.利用已修正的空化模型考虑了空化现象,利用界面压缩法对两相界面进行捕捉,进而分析燃油的一次破碎过程.结果表明:降低背压有利于喷嘴内部空化的形成与发展,但会导致喷嘴喉部有效流通面积减小,流动阻力增加,质量流量降低.射流破碎中气/液相界面处气/液两相存在很大的速度差,导致产生很强的阻力,大大促进了一次破碎过程中主喷雾区和蘑菇头的破碎.背压越高,空气密度越大,则燃油受到的阻力越大,液柱破碎越剧烈且射流破碎角越大.因此,同时提高喷射压力和背压可以促进燃油与空气的混合,也可以有效抑制空化来避免空蚀现象以及流量系数降低,从而延长喷嘴的使用寿命.     

燃油喷雾初始破碎及二次雾化机理的研究

基于大涡模拟LES(large eddy simulation)理论和VOF(Volume of Fluid)方法,考察了燃油喷雾初始时刻即时间尺度为微秒级的液柱破碎过程,分析了初始破碎的机理,给出了该时间尺度下液柱初始破碎过程的模型;通过对一特定条件下的柴油机喷油器的建模和喷雾过程的大涡数值模拟,获得了液柱初始时刻"伞状头部"的喷雾形态,所得计算结果与相应的试验数据符合较好;数值模拟还直观地展现了液滴背风RT破碎、哑铃型破碎以及液滴的聚集融合等液滴的二次雾化过程.同时,也说明了大涡模拟这种准直接数值方法较之DDM(discrete droplets model)方法所具有的优势和潜力.     

燃油喷射2次雾化模型

本主要研究燃油喷入气体中的雾化过程。在假设雾化是由于气液之间气动相互作用导致液体射流表面不稳定波增长并最终导致细小液滴形成的基础上，把燃油雾化过程分为两个阶段：１次雾化和２次雾化。前只发生在气液交界面上，主要由不稳定波增长和破碎所引起；后则发生在气液渗混区，受１次雾化后形成的液滴在气体中进一步破碎和聚合控制。章最后分析了某些参数对雾化的影响，并把计算得到的喷雾贯穿距离和ＳＭＤ同实验进行了比     

液滴撞击液膜动力学特性的FTM模拟

采用界面追踪法(front-tracking method)对液滴撞击液膜动力学特性进行数值模拟,通过撞击后的形态演变及内部物理场信息分析,研究了韦伯数和无量纲液膜厚度对界面运动过程的影响,并阐述了撞击过程中形成卷吸现象的机理。研究表明,液滴撞击之后,会在颈部区域产生小射流,该射流是后期水花形成的基础;水平方向上,在撞击影响不到的区域压力不变化,而在射流形成处的颈部附近存在局部压差;液滴撞击液膜时其间的气体层被压缩,在流体黏性和剪切力的作用下,压力高的气层中的气体逃逸速度减慢,从而形成卷吸现象。     

柴油机原型喷嘴内瞬态流动的特性试验

柴油机喷嘴内的空化流动很大程度上影响燃油的雾化效果,继而影响整机的排放特性.笔者基于高速摄影技术和长工作距离显微成像技术,通过高压共轨试验系统研究原型喷嘴内的流动特性和喷雾特性.针对空化的发展进行了不同压力下的对比试验,结果表明:喷射压力越高,空化出现的时间越早,还存在喷油初期的气泡"释放"以及喷油末期的气泡"倒吸"现象;同时还观察到特殊的空化现象—线空化,并且发现线空化的出现与针阀的位置有很大关联,总结了两种不同形态的线空化发生规律.     

低排放燃烧室空气雾化喷嘴射流破碎特性研究

针对当前广泛应用于低排放燃气轮机燃烧室中的空气雾化喷嘴,采用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）和流体体积法（Volume of Fluid,VOF）研究了其在流动模糊（Flow Blurring,FB）和流动聚焦（Flow Focusing,FF）模式下射流一次破碎过程的差异。结果表明：两种模式的射流一次破碎过程均可分为3个阶段,气液交界面波动阶段、射流发展阶段和射流破碎阶段;喷嘴内部回流区的演变决定了气液交界面的波动程度,流动模糊模式下射流在后两个阶段的径向速度和形态变化程度均远高于流动聚焦模式,气泡回流过程在其射流破碎阶段占据主导地位,液体管道内气泡分布位置与涡的强度呈正相关。     

针形喷嘴射流特性的实验研究

本文针对针形喷嘴的主要结构参数,对射流破碎长度和破碎液滴的尺寸进行了一系列的实验研究,得出了针形喷嘴的主要几何参数与射流破碎长度之间的关系,以及射流破碎后的液滴情况,为针形喷嘴的设计提供了依据。     

基于X射线成像的喷油嘴内流特性试验

通过同步辐射X射线测量技术，开展了直喷汽油机喷油嘴实际针阀运动过程中的内流与液核破碎的试验观测研究．在不同X射线光源参数下对内流流场进行了连续图像拍摄，确定了最优拍摄技术方案．分析了不同喷射压力、不同喷孔结构下内流随针阀特性的变化规律，进而讨论了内流对射流液核破碎的影响．结果表明：随着针阀开度的增加，喷孔内会快速地形成挑射液流．挑射液流的宽度与喷孔入口的角度有关，与喷射压力无关．其原因与所采用喷油嘴的长径比较短有关．挑射液流会加速射流的液核破碎过程．喷孔内挑射液流的宽度增加会引起射流宽度的增大．     

共轨和直列泵管嘴系统喷油嘴压力室流动分析

喷油嘴内部的穴蚀和流动影响着燃油的破碎雾化等喷雾特性.试验得到了泵管嘴系统和电控共轨系统的针阀升程曲线,结果显示共轨系统针阀的开启速度随着轨压的增大而加快,关闭速度几乎不受轨压的影响,并且共轨系统针阀的开启和关闭要慢于泵管嘴系统.依据试验得到的压力和升程曲线,利用软件AVL-Fire对两种供油系统下不同针阀升程进行喷油...     

柴油混合燃料液滴微爆现象及规律研究

选用甲醇-柴油乳化液滴和正己烷-柴油互溶液滴作为试验对象,采用飞滴式单液滴方法,研究了高温环境下燃油液滴的微爆现象及其规律．通过研究甲醇-柴油乳化液滴和正己烷-柴油互溶液滴的微爆过程,对比了互溶柴油液滴及乳化柴油液滴进行膨胀破碎的差异性,结果发现：互溶燃油液滴可观察到明显的气泡融合过程;相比于互溶燃油液滴,乳化油液滴的破碎发生更早,膨胀速率更快,但膨胀比较小．探究了甲醇体积分数和液滴初始直径对甲醇-柴油乳化油液滴微爆过程的影响发现,甲醇体积分数增加对乳化油液滴微爆起先促进后抑制的作用．随甲醇体积分数的增加,乳化油液滴的破碎时刻先提前后推迟,膨胀比先增大后减小;在甲醇体积分数为30%时,乳化油的微爆效果达到最优．最后对比了两种不同程度的微爆现象发现,整体微爆的膨胀速率和膨胀比均大于局部微爆,发生整体微爆的液滴雾化效果更好．相同条件下液滴发生不同程度微爆的原因是气泡的生成位置不同．     

受激液体燃料射流表面波规律初探

利用所设计的实验系统,研究了受激液体燃料射流的表面波特性以及外加激励的幅值、频率及模式对液体射流表面波特性的影响。研究结果表明,大的激励幅值、恰当的激励频率和横向激励模式能够促进液体射流表面波的发展,从而加速液体射流的破碎。     

射流气泡发生器喉嘴距优化试验研究

射流气泡发生器是引气制造气泡技术的一种气泡制造装置,喉嘴距是射流气泡发生器的一个重要结构参数.根据液气射流泵的理论技术设计了2种结构气泡发生器,用一种全新的试验方法对喉嘴距进行试验研究,即利用CMOS面阵高速摄像系统测量生成气泡的流动情况,分析气泡直径在不同试验工况下随喉嘴距的变化规律,最终得出最优喉嘴距的尺寸.本文研...     

航空煤油/乙醇混合燃油旋转锥形液膜表面波波长研究

目前关于航空煤油旋转锥形液膜雾化特性研究较多,在航空煤油/乙醇混合燃油雾化特性方面研究较少．为此,本文主要研究了乙醇体积分数对于离心喷嘴出口处航空煤油/乙醇混合燃油液膜厚度和破碎处表面波波长的影响．基于数值模拟和经验公式相结合的新方法得到航空煤油/乙醇混合燃油在喷嘴出口处的液膜厚度,当压差为0.1～1.0 MPa,混合燃油中乙醇体积分数为0～30%时,液膜厚度随着乙醇体积分数和压差的增大而减小．然后,以喷嘴出口处的液膜厚度为特征长度,对液膜破碎处的表面波波长实验值进行无量纲化,并与根据圆孔射流模型计算得到的长波和短波波长的理论值进行比较,平均分别相差4.7%和7.8%,结果表明圆孔射流模型可预测航空煤油/乙醇混合燃油的表面波波长．     

基于气液两相流大涡模拟研究柴油喷射的雾化过程

采用气液两相流大涡模拟对燃油雾化过程进行数值模拟.通过建立不同的计算边界研究了喷油器结构对喷孔内流及近喷孔区域燃油雾化特性的影响.在对比分析射流结构和喷孔内外流计算结果的基础上,讨论了射流初始扰动的产生机理及燃油雾化机理.根据计算结果发现:喷油器结构对喷孔内流有重要影响,实际喷油器的复杂结构会使燃油在离开喷孔前发展为湍流,湍流是导致初始扰动具有复杂频率和振幅组成的原因.边界突变是产生喷孔出口区域轴对称初始扰动的原因,该类型初始扰动具有单一的频率和振幅.     

针阀升程对乙醇柴油的空化现象及近场喷雾特性的影响

基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台,以乙醇柴油为流动介质,通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度,对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程(3mm、6mm和8mm)所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现:喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段(初生-发展-超空化)和柱塞流阶段;同等燃油流速下针阀升程越小,则喷嘴孔内越易发生空化,且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势;同等燃油流速下针阀升程越大,则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势;在柱塞流发生之前,同等燃油流速下针阀升程越小,则近场喷雾锥角越大,且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。