幂律流体椭圆形射流破碎的试验研究

基于高速摄影光学试验平台,通过使用4个椭圆度不同的喷孔与两种工质,研究了幂律流体椭圆形射流形貌与破碎的特征.结果表明:与水不同,椭圆孔产生的"轴转换"不稳定现象在幂律液体中整体衰退明显;液体射流速度较小时,椭圆度对破碎长度的影响较小,而后随着射流速度的增大(小于33 m/s),椭圆度对射流破碎的促进作用逐渐增强.轴转换波长与射流速度呈现线性关系,幂律液的波长增长率随着椭圆度的增大而增大.通过试验数据修正了幂律流体椭圆射流形貌模型,并分析了椭圆度、韦伯数、表观雷诺数对于射流不稳定性的影响.     

脉冲液体射流泵压力特性试验浅析

为提高射流泵的传能传质效率,在相同的液体射流泵试验装置上,采用脉冲射流和恒定射流对液体射流泵的压力变化特性进行了试验研究.结果表明,脉冲与恒定液体射流泵内压力沿程变化规律基本相同,而在面积比相同、流量比近似相同的条件下,液体射流泵的脉冲射流压力特性优于恒定射流压力特性,为深入研究脉冲液体射流泵的基本性能提供了参考依据.     

内燃机跨临界/超临界燃料喷雾混合过程的机理与模型

高密度低温燃烧等内燃机燃烧新概念的提出,使得跨临界/超临界燃料喷射与喷雾混合成为内燃机研究者面临的一个重要课题.跨临界/超临界下的液体射流与喷雾形成具有与亚临界工况本质不同且极其复杂的机理.首先对跨临界/超临界液体射流喷雾的特征与机理做了简要介绍;然后,对迄今国内外在该领域的研究进展进行了比较系统全面的评述,同时指出了其局限与不足.在全面审视前人关于直喷式内燃机燃料喷雾混合过程的机理与模型研究的基础上,提出一个新的跨临界/超临界环境下液体燃料喷射与混合气形成的数理模型——"混合层回缩"(MLR)模型;并进而建议,采用微观、介观与宏观研究相结合的5步策略,构建直喷式发动机亚临界/跨临界/超临界燃料喷雾混合过程的全工况统一模型.     

超临界燃料喷射过程大涡模拟:状态方程的影响

针对Sandia实验室关于正庚烷喷雾的实验数据，基于CONVERGE软件采用大涡模拟方法对以正庚烷为燃料喷入超临界环境中的雾化过程进行了数值模拟。以实际气体状态方程Soave-Redlich-Kwong (SRK)和Peng-Robinson(PR)两个方程为基础，重点研究了两状态方程对超临界状态下燃料喷雾的发展过程、射流密度变化、燃料喷雾的质量分数随温度变化的影响，并用模拟所得与实验结果进行对比。结果表明，同一时间下PR方程模拟的燃料喷雾的贯穿度更大；两实际气体状态方程下射流表面都有大的密度梯度，并与实验所得的密度值相吻合；PR方程对于超临界工况的计算可能更优于SRK方程。燃料质量分数随温度的变化符合实际的情况，密度值的急剧变化验证了射流表面是一个介于液体与超临界流体之间的混合层，并可以通过密度梯度来推测混合层位置。     

柴油压力喷射破碎特性试验研究

在压力喷雾试验中,观测到了一些液雾破碎现象：在喷嘴出口处,液射流旋转;液射流的完全破碎并不发生在与喷雾轴线相垂直的径向截面内,而是发生在某一螺旋截面上。据此作者提出了一种液射流破碎的物理模型。试验中还发现了一种新的破碎长测量方法,本文报告了这些试验结果。     

超临界喷雾中涡的演化过程数值研究

针对Sandia国家实验室关于正十二烷喷雾的试验数据,基于开源软件平台OpenFoam,采用大涡模拟方法对以正十二烷为燃料喷入超临界和亚临界环境中的喷雾过程进行了三维数值模拟。该喷雾模型使用Peng–Robinson状态方程及真实流体的热物性和输运系数计算方法。将计算得到的喷雾贯穿距和燃油质量分数与试验结果进行对比,证明所构建的喷雾模型能准确地捕捉超临界状态下喷雾的特征。通过对超临界和亚临界两种环境下喷雾过程的比较,重点研究了不同环境下燃油扩散混合过程的差异和涡的演化过程。计算结果表明,超临界环境下的射流扩散率和扩散角度均大于亚临界,在超临界环境下燃油射流与环境气体间的扩散混合效率更高。射流在超临界状态下会加速涡的形成,从而促进射流与周围气体的混合。射流与周围气体间的速度梯度是决定高速射流中涡演化过程的主要因素。超临界环境下大密度梯度的存在会使斜压转矩增大,从而促进涡的发展,密度梯度对射流发展有着重要影响。     

柴油机新型双卷流燃烧系统混合与燃烧机理研究

本提供了新型ＤＳＣＳ的结构和原理，其核心是在ＤＳ燃烧室内，燃油射流触脊，分裂并呈双卷流进行了混合与燃烧。在自制的燃油喷雾模型试验装置上，采用油－油喷射技术，对燃烧室模型内的燃油射流流动过程进行高速摄影，并对多种试验方案的拍照结果进行了分析。模型试验表明，ＤＳＣＳ中燃油射流流程可细分为４个阶段，采用了新机理，新理论进行了混合与燃烧。     

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。     

闪急沸腾喷雾速度场的LDA研究

为探索代用燃料液化石油气LPG和二甲醚DME的喷雾机理,采用LDA技术测量了喷雾粒子的速度分布。为安全起见,用制冷剂R12作试验液体,它与LPG和DME有相似的物理特性。为做比较,在相同试验条件下对传统柴油喷雾进行了测量。考察了喷雾模式对速度分布的影响。结果表明,R12喷雾的速度分布比传统柴油喷雾均匀得多,前者的平均径向速度远大于后者。这被认为归因于闪急沸腾大大改善了雾化和液气混合。     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。     

天然气发动机预燃室内混合气形成对点火射流的影响

针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。     

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。     

瞬态气体射流中速度和浓度同步测量系统的研究

为了进行直喷式柴油机喷雾混合过程中湍流参数与燃空混合率的相关关系的研究，本文开发了一套用于瞬志气体射流速度浓度同步测量的测试系统，研制了一种新型速度浓度同步采样探头，阐述了该探头的结构、原理和标定方法，讨论了影响探头分辨率和信噪比的有关因素。本文还给出了使用该测试系统在直喷式柴油机喷雾混合过程的气体模拟研究中得到的一组典型结果。     

蒸发式冷凝器的盘管截面形状对传热影响的数值模拟

随着蒸发式冷凝器在各行业的应用越来越广泛,对其换热能力的研究也在不断地深入。针对蒸发式冷凝器盘管截面形状对强化换热的影响。应用计算流体力学的知识,对蒸发式冷凝器不同的截面形状对换热影响进行了研究分析。通过使用Fluent模拟得到盘管截面的云图结果得出如下结论:在材料相同的情况下,椭圆管截面相比于圆形截面,周围的压强要低,流速更快,同时换热系数要提高2%左右,更有利于换热,因而使用椭圆截面替代圆形截面可以实现强化换热的目的。     

气泡雾化喷嘴混合室内两相流型及喷嘴喷雾稳定性

利用高速摄影仪、摄像头和照相机对气泡雾化喷嘴混合室内的两相流型以及喷嘴出口下游喷雾的稳定性进行实验研究。研究表明，喷嘴混合室结构尺寸、气流质量流量比、液体流量等参数对混合室内的两相流型具有显著的影响，同时亦影响喷嘴喷雾的稳定性，其结果为气泡雾化喷嘴的应用提供了实验基础。     

TRB燃烧系统喷雾半壁射流混合的三维数值模拟

为了优化小型柴油机油气混合过程,发展了一种新型的丰田反射燃烧系统。在燃烧室壁面形状和燃油喷雾碰壁相匹配的研究基础上,应用一个包含喷雾碰壁模型的内燃机缸内气体流动和燃油喷雾混合的大型微机化软件包ＧＦＦＳＭ,进行了缸内气体流动和双喷孔柴油喷雾半壁射流混合过程的三维数值模拟计算,以分析ＴＲＢ燃烧系统提高发动机性能、减少排气污染的原因     

液体燃料射流量不稳定频率的理论分析（2）——射流参数对最不稳定？…

利用对色散方程的数值计算结果，分析了实际射流参数如射流速度，液体种类，喷孔半径，液体粘度，介质压力等对分别处于瑞利模式和泰勒模式下的液体射流的最不稳定频率及其最大扰动增长率的影响。结果表明，在不同的射流模式下，实际射流参数对液体射流最不稳定频率的影响是不同的。并对受激液体射流现象进行了初步试验观察。     

柴油机高压喷雾碰壁前后粒子速度的LDA试验研究

利用3光束二维氩离子激光多普勒测速仪对柴油机高压喷雾碰壁前和碰壁后的粒子速度进行了试验研究。结果表明：喷雾中液体粒子速度分布范围很宽,在距离喷嘴70mm处,粒子速度仍可达100m/s左右,且沿径向分布平坦,与气体射流速度的分布不同。在喷雾可见边界之外测量到有高速粒子存在。喷雾碰壁后,反弹粒子速度的统计值大大衰减,且主要为沿壁面爬行。滴群的运动形态类似于碰壁后的气体射流而不同于碰壁反弹的固体颗粒。     

伞状喷雾及HL喷雾在柴油机均质预混合燃烧中的应用研究

针对柴油机均质预混合燃烧的混合气形成提出满足喷雾碰壁少，雾化好等要求的早期喷射缸内预混合方式，并对喷雾状态、性质及其预混合燃烧做了深入探讨。对HL喷雾与多孔喷雾做了比较研究。试验证明，HL喷雾具备双工作模式的能力。     

柴油高压静电雾化燃烧的研究

将静电技术应用于柴油喷雾燃烧，探讨了静电对柴油喷雾特性以及对其烟气排放的影响。采用针状电极和普通旋流压力雾化喷嘴，建立了高压静电柴油的喷雾燃烧试验装置，进行了柴油充电特性，雾化特性的测量，并对喷雾射流流场用粒子图像速度场仪进行了测量。结果表明，在相同条件下，柴油充电后（充电电压40KV）可使雾滴索特平均粒径降为非充电情况时的47%，从而改善燃烧，降低污染。