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.     

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。     

高压燃油诱导激波对喷雾演化规律的影响

采用纹影法对高压燃油喷射下的诱导激波现象进行可视化试验,结合喷油规律曲线,分析了激波对喷雾演化规律及雾化特性的影响．结果表明：在相同的燃油喷射压力及背景密度条件下,激波的产生和传播对喷雾贯穿距离的发展具有促进作用,但是对喷雾径向发展影响不大．激波对喷雾轴向的促进会进一步增强喷雾对空气的卷吸作用,有助于喷雾的快速雾化．同时,笔者提出了燃油喷射激波角计算的经验公式,实现了燃油喷射过程激波角的预测,预测结果与试验结果吻合较好.     

高环境压力下燃油连续多段喷射喷雾特性研究

在定容弹中,基于相同的喷油压力、喷油量和环境温度,利用纹影法研究了不同的环境背压和喷油规律下的汽油直喷多孔喷油器的喷雾特性。试验结果表明:边界条件相同时,改变环境背压会影响喷油贯穿距,随环境背压上升,喷油贯穿距先减小后趋于平缓,环境背压由1MPa上升至2MPa时喷油贯穿距减小约12mm,而由2MPa上升至3MPa时基本无变化;喷油规律对喷油贯穿距和雾滴群形态均会产生影响,且在环境背压的影响协同作用下,喷油贯穿距最多可以减小约22mm;多段喷射对雾滴群燃油浓度分布调节作用显著,单段喷射的雾滴群前端密度较高,两段喷射较为均匀,三段喷射后端密度较高,连续多段喷射技术有利于形成高质量的混合气。     

高压柴油射流激波特性影响研究

针对高压柴油射流诱导激波开展了研究,通过采用纹影法对不同环境气体介质、激波态喷雾宏观特性、不同环境密度对激波的影响进行研究。结果表明:喷射压力为60 MPa的情况下,当环境介质气体为N2时,并未出现激波现象,而当环境介质更换为SF6时,出现了较明显的激波现象。当喷射压力提高至120 MPa时,2种气体介质中均出现了激波现象。喷雾宏观特性在产生激波后以及激波脱离喷雾体后均没有出现明显的变化,这可能表明即使激波可能导致环境气体速度和压力的变化,但其对喷雾发展的影响并不显著。环境密度对喷雾前端速度最大值、激波的类型以及激波与喷雾体分离时刻有显著的影响。     

环境气体对氢气喷射与卷吸特性的影响

基于RANS方法对氢气在氩气和氮气氛围下的高压喷射过程进行仿真,研究了压力、温度和激波对氢气射流喷射和卷吸特性的影响.研究表明:射流贯穿距由于马赫盘的存在而呈现三阶段变化.在不同喷射压力下,射流前期卷吸能力随着喷嘴压力比(NPR)的增加而增大,而后期呈现相反趋势.在相同密度下,激波影响射流前期卷吸效果,但随着射流发展效果逐渐减弱.温度升高,氢气射流的贯穿距明显增大,但射流卷吸能力也显著降低.此外,氢气射流在氮气氛围下的卷吸环境气体物质的量和卷吸能力均强于氩气氛围.     

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.     

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.     

高海拔(低介质密度)下燃油喷雾与燃烧特性

通过可视化喷雾与燃烧试验台,研究了不同海拔、低介质密度条件下燃油的喷雾和燃烧特性,并分析了各介质密度条件下不同喷射压力对燃油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:模拟不同海拔的发动机在高、中、低3个转速工况的缸内热力边界条件下喷雾的发展过程中,液相贯穿距先增加然后保持在相对稳定的数值,随模拟海拔高度增加,最大喷雾液相贯穿距明显增加,海拔3,000,m以上出现撞壁现象,喷雾锥角有小幅度减小,卷吸空气体积明显增大,但燃空当量比增加;海拔从0,m升高到4,500,m,着火滞燃期增加了0.2,ms,着火位置开始远离喷嘴,燃烧重心逐渐靠近壁面区域;在相同的喷孔直径下,随喷射压力升高,油束液相达到准稳态时刻提前,最大液相贯穿距基本不变,喷雾锥角略微增加,喷雾体燃空当量比减小且在高海拔变化明显,燃烧过程的滞燃期变化不大,着火位置后移.     

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。     

柴油蒸发喷雾瞬态液相贯穿距模型及试验验证

考虑喷射初期喷嘴压力室内部压力建立过程,推导了适用于喷射初期的液相贯穿距模型。随后在定容燃烧弹内营造柴油机上止点附近高温高压氛围条件,采用背景光散射法试验研究了喷射压力、环境温度及环境密度对蒸发喷雾液相贯穿距发展历程的影响,并将试验结果与模型进行对比。模型与试验结果表明:在喷射初期,液相贯穿距并非按照Hiroyasu模型预测的随时间t线性变化,而表现出一个加速过程,与t1.5成正比;随后由于喷雾破碎和喷嘴压力室内部建压完成,液相贯穿距与t0.75和t0.5成正比。     

共轨柴油机碳烟排放性能恶化分析及对策

某型柴油机燃油系统改装成共轨系统之后,碳烟排放性能恶化。通过对喷雾贯穿距的分析．判断为燃油碰壁致使缸壁处形成富油区,从而恶化了排放性能。本文提出利用增大喷射夹角使燃油喷雾碰壁后反弹以改善燃烧的措施。通过对不同喷射夹角下的缸内喷雾及燃烧过程进行三维CFD模拟,给出了3种不同喷射夹角时缸内部分流场的时空分布。分析了缸内流场对燃烧与排放的影响。仿真结果表明适当增大喷射夹角,缸内压力升高,碳烟生成量减少。     

二甲基醚（DME）喷雾混合特性的研究

采用阴影法和数学模型方法研究二甲基醚喷雾混合特性,研究了缸内工质密度,喷孔直径,启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,试验结果表明,二甲基醚喷雾破碎期约为0.2ms-0.4ms,环境密度,喷孔直径增大时,喷雾破碎期缩短,锥角增大,由于贯穿速度大,喷雾贯穿距增大;启喷压力对二甲基醚喷雾贯穿距影响不大,对喷雾锥角有些影响,启喷压力高,喷雾体发展初期,锥角增大,但空间发展后期,两种启喷压力的喷雾锥角趋于一致,喷雾混合特性计算结果表明,二甲基醚喷雾体平均化学当量空燃比比柴油大,因而柴油机燃用二甲基醚时涡流比不宜过大,环境密度增大,喷孔直径减小,喷雾体平均化学当量空燃比增大。     

GDI发动机喷雾特性的数值模拟和试验

汽油直喷发动机高压燃油喷射系统与燃油经济性和废气排放等密切相关,通过试验和数值模拟对高压喷油系统和旋流喷油器的喷雾特性进行了研究.在不同喷射压力、背压压力条件下,利用高速摄像机对喷入定体积容器的喷雾进行了喷雾贯穿距离和喷雾锥角参数的测量.结果表明:在低背压压力下,喷雾呈现出空锥、较大范围的分布形态,有利于实现燃油与空气的均质混合;在高背压条件下,喷雾呈现出紧凑密集的分布形态,有利于实现燃油与空气的分层混合.获得的贯穿距离经验公式与试验测量值在一定范围内是一致的.基于AVL HYDSIM环境建立了一维高压喷油系统模型,模拟得到的针阀升程与试验获得的图像在时间上具有一致性.     

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.     

热氛围下水喷射雾化特性试验

发动机缸内喷水在抑制爆震、拓宽工作边界和提高热效率方面有很大优势,而缸内喷水喷雾的宏观喷雾特性对缸内喷水相关研究有重要意义.利用热氛围试验系统,对高温环境下水的雾化特性进行了研究.结果表明:在未达到闪急沸腾的情况下,液相喷雾贯穿距与喷射水的密度、环境介质密度和喷射压力正相关,破碎长度内液相喷雾贯穿距主要受喷射水的密度影响,破碎长度外液相喷雾贯穿距受喷水密度的影响减小.给出了环境温度在350℃以下(包含350℃)、喷水温度在125℃以下(包含125℃)的液相喷雾贯穿距经验公式.液相喷雾锥角随喷射压力增加而减小.喷水温度和环境温度的增加都加快喷雾蒸发,使液相喷雾锥角减少,当二者增加到一定程度时,喷雾的液相锥角趋于稳定.试验条件下,喷水温度达到120℃后,液相喷雾锥角稳定维持在11°左右.     

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.     

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.