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。     

汽油机缸内直喷喷嘴结构参数对雾化特性的影响研究

为了改进缸内直喷汽油机用电磁涡旋式喷嘴的喷雾特性,对喷嘴孔径、螺线管电阻和涡旋片等结构参数进行了优化设计,并在喷雾试验台上对燃油质量流量、喷雾发展过程、喷雾锥角、喷雾贯穿距、针阀延迟和喷雾粒径分布进行了试验验证。结果表明:优化设计后的喷嘴的质量流率大于原商用喷嘴的质量流率,而质量流率的线性度接近原商用喷嘴。在相同喷射时间5ms及喷油压力9.5MPa下,当喷嘴孔径由0.55mm增大为0.70mm时,喷雾发展过程较为快速,燃油流量增加约56%,喷雾锥角增加10°,但喷雾不稳定性也随之提高,雾化粒径增大。不同喷油压力下的喷雾锥角变化较大,靠近喷嘴的喷雾轮廓与孔口设计有关。喷油压力增大时,其质量流率会随之增大,雾化粒径分布在10μm～20μm范围内的喷雾液滴体积分数也会随之上升,从而提高雾化程度。     

大流量低背压螺旋喷嘴的流量分布特性研究

利用流量分布测试系统对大流量低背压螺旋喷嘴的流量分布特性进行实验研究.采用排状量筒法,测量不同高度不同孔径螺旋喷嘴的流量、每层喷雾面位置、雾化角以及径向体积流率,分析螺旋喷嘴的尺寸参数对其流量分布特性的影响规律.结果表明:相同压力下,螺旋喷嘴的高度H与孔径D的比值H/D越大,质量流量越小,雾化角越大,每层喷雾面径向体积流率越小;不同压力下,压力越高,质量流量越大,同一螺旋喷嘴的雾化角越大,每层雾化面的位置距喷嘴中心的距离越远.     

生物油雾化特性的数值研究

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)研究生物油在离心式喷嘴内的雾化特性,考察喷射流量对流量系数、雾化锥角和液膜厚度的影响,并与生物油/甲醇混合燃料的雾化特性进行对比。结果表明:喷射流量对雾化锥角及液膜厚度有较大影响,对流量系数影响较小。喷射流量从0.03 kg/s增至0.12 kg/s,流量系数增大3.4%,雾化锥角增大30.6%,而液膜厚度减小22.3%;雾化锥角随甲醇含量的增大呈线性递增,而液膜厚度随甲醇含量的增大呈线性递减;利用数值结果拟合得到生物油液膜厚度的经验公式,拟合值和数值计算值吻合较好。     

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。     

背压环境下压力喷嘴雾化特性实验研究

自主设计一套能够为喷嘴提供稳定背压环境的实验台架和数据采集测量系统,并对某型号压力喷嘴进行背压环境下的雾化特性实验研究。本研究运用微小流量计测量喷嘴流量,经计算得到实验喷嘴的流量系数。雾化锥角随背压的增加而减小,最终趋于稳定值。粒径变化规律为:在距离喷口较近处,相同压差条件下雾化粒径随背压的增大而减小(约20%);距离喷嘴较远时,背压越大雾化粒径越大,增幅为10%~20%。在背压低于0.3 MPa时,同一高度处不同压差下雾化粒径大小差别明显;在背压达到0.4 MPa时,实验压差对雾化粒径无显著影响,粒径大小变化小于5%。     

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。     

QD128燃气轮机燃料适应性试验研究

采用试验手段完成了QD128航改燃机燃用轻柴油燃料的适应性研究。试验结果表明:喷嘴雾化锥角对燃料物性改变不敏感,基本稳定;流量受黏度、密度共同影响,设计工况流量减小约3%;黏度增加导致雾化粒度增大约8μm;改用柴油后点火性能依旧良好,贫油点火范围宽。进气温度升高,贫油点火极限略增加。以上数据为航机改型提供了可靠的技术依据。     

末级长叶片透平级气动性能的数值研究

采用数值求解RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和S-A湍流模型的方法研究了背压和进口流量对汽轮机低压缸末三级通流部分流场结构的影响,特别是对末级长叶片透平级气动性能的影响特性。结果表明:背压升高和进口流量降低导致末三级总总等熵效率降低;随着背压升高和进口流量降低,进口汽流角(攻角)增大,叶栅通道内出现涡流,出口汽流角增大,使得余速损失先减小后增大。在高背压和小质量流量工况下,动叶出口扩压段出现回流区,动静间隙顶部出现环形涡流。指出了末级出口相对容积流量可以作为判定背压和流量变化引起末级长叶片和低压缸通流变工况特性变化的气动参数。     

螺旋形实心锥喷嘴雾化特性试验研究

为了对氨法脱硫用螺旋形实心锥喷嘴的雾化特性进行准确预测,基于高速阴影技术和图像处理方法,对两种不同螺旋升角的螺旋形实心锥喷嘴的流量特性、喷雾场结构特征、雾化角变化规律、破碎长度、液滴空间分布及平均粒径进行分析.结合脱硫常用的空心锥离心式喷嘴,开展了两种喷嘴的稳定性对比分析.结果表明:螺旋形实心锥喷嘴的流量特性与螺旋升角...     

共轨柴油机不同喷孔形式对燃油喷雾及燃烧特性的影响

采用CFD软件,基于欧拉法和拉格朗日离散法分别模拟喷油器内部流动及喷射特性,并将喷射计算结果导入燃烧模型实现联合仿真。仿真计算不同喷孔形式的喷射特性,得到了其内部速度、压力、气相体积分数(空穴)及喷雾场。仿真结果表明:在相同轨压下,小孔径喷孔油滴速度较大、贯穿距长、喷雾锥角小;燃烧湍流动能大,且较多soot打在气缸盖上,影响柴油机的可靠性。     

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。     

醇类-汽油混合燃料的喷雾特性

在试验台上,研究了使用汽油醇类混合燃料,其中醇类燃料体积分数分别为10％的乙醇-汽油、30％的乙醇-汽油、10％的正丁醇-汽油和30％的正丁醇-汽油时,直喷汽油机多孔喷油器的喷油率和喷雾特性.结果表明,随着喷油压力的提高,醇类-汽油混合燃料的瞬时喷油率增大,且瞬时喷油率波动性依赖于燃料.同时,喷油压力的提高使得喷雾贯穿距离加大,单次喷油后同一时刻的喷雾差异性变大.在高背压,相同喷油压力下醇类-汽油混合燃料的贯穿距离与汽油接近.背压大小对不同燃料喷油初期的喷雾锥角影响较大.低背压时,汽油的喷雾锥角高于醇类-汽油混合燃料,而高背压时,除了30％乙醇-汽油燃料外,醇类-汽油混合燃料的喷雾锥角更大.     

背压对敞口型旋流喷嘴液膜特性影响的数值研究

背压对空气物性影响较大,使喷嘴液膜受到的气动力发生大幅变化。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对比3种常见液体工质和3种喷嘴尺寸,研究背压对雾化锥角、液膜厚度、旋流强度、液膜表面自激励不稳定性以及液膜形态的影响。结果表明：雾化锥角随背压增加而减小,其中部分喷嘴当背压达到某定值后,雾化锥角小幅波动;选用正庚烷或正十二烷为工质时,液膜厚度随背压增加而增加,达到一定背压后,3种液体液膜厚度呈小幅波动;旋流强度随背压变化无明显规律性;液膜自激励不稳定性随背压增加而降低;因水的表面张力较大,各雾化参数较为稳定;液膜形态与韦伯数呈明显规律性,背压越小韦伯数越大,液膜形态也更趋近于完美圆锥形;以正十二烷为工质时,其液膜形态在大背压下明显收缩,呈洋葱形,其余工质的液膜形态随背压增加,均逐渐从空心圆锥转变为郁金香形。     

Spray characteristics of high-pressure swirl injector fueled with alcohol

The spray characteristics of methanol and ethanol with high-pressure swirl injector were explored experimentally and numerically. experimental results show that the spray characteristics of methanol and ethanol had displayed the same trends as that of gasoline. Under the low back-pressure ambient conditions, the spray behavior exhibited a hollow cone with wide spray angle and initial spray slug at the tip, while the spray presented a solid cone in the case of high back-pressure. Vortexes in the opposite direction existed in the rear part of the spray under low back-pressure ambient conditions while the vortexes formed in the middle part under high back-pressure ambient conditions. Experiments also showed that methanol had the largest cone angle, while ethanol and gasoline presented almost the same cone angle. Simulation results indicated that methanol and ethanol had a slightly larger Sauter mean diameter (SMD) than that of gasoline with swirl injector. The SMD profile of methanol coincided well with that of ethanol under low back-pressure ambient conditions, but displayed a slightly larger value under high back-pressure due to fuel evaporation Numerical simulation could successfully demonstrate the spray characteristics of high-pressure swirl injector for methanol and ethanol fuels. Translated from Transactions of CSICE, 2006, 24(1): 1–8 [译自: 内燃机学报]     

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。     

Influences of spray and operating parameters on penetration of vaporizing fuel droplets in a gas turbine combustor

The effects of inlet spray and operating parameters on penetration and vaporization histories of fuel droplets of a liquid fuel spray injected into a turbulent swirling flow of air through a typical can type gas turbine combustor, have been evaluated from numerical solutions of the conservation equations in gas and droplet phases. The computational scheme is based on the typical stochastic separated flow model of the gas-droplet flow within the combustor. A κ–ε model with wall function treatment for near wall region has been adopted for the solution of conservative equations in gas phase. The initial spray parameters are specified by a suitable PDF size distribution and a given spray cone angle. It has been recognized that the penetration of vaporizing droplets is reduced with an increase in inlet air swirl and spray cone angle. An increase in inlet air pressure or a decrease in inlet air temperature also results in a reduction in droplet penetration. The inlet air pressure and spray cone angle are found to be the most influencing parameters in this regard.     

引射比对生物柴油斯特林发动机喷雾特性影响的仿真研究

基于斯特林发动机的喷雾特性,建立了某斯特林发动机旋流引射、喷雾的数学物理模型,模拟了高背压下生物柴油斯特林发动机在不同引射比下的喷雾过程。研究发现:生物柴油喷雾锥角随引射比的增大而增大,大引射比下的喷雾油束前端出现了明显的凹型回缩锋面;引射比越大,喷雾贯穿距越小;增大引射比,液滴速度增大,索特平均直径减小,粒径方差减小。高背压下,增大引射比能增大燃油混合气的空间分布,提高喷雾雾化效果。