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.     

基于Matlab数字图像处理的多片喷雾特性研究

从提高直喷柴油机缸內油气分布均匀性及减少燃油附壁来降低排放的角度出发,开发了利用多孔油嘴喷出的油束近距离撞击导向平面的多片喷雾系统.应用高速摄影对自由喷雾和多片喷雾的喷雾过程进行了试验研究,使用Matlab软件对数字图片进行后处理,测取了投影喷雾贯穿距、喷雾锥角、喷雾面积等宏观喷雾特性参数.试验结果表明:与自由喷雾相比,在相同背压条件下,多片喷雾的投影贯穿距明显缩短,投影喷雾扩散角、投影喷雾面积增大;碰撞后油滴细化,雾化改善,油束液核区减小;多片喷雾具有扩散度高、液核区小、空间分布均匀等特点,有利于缸內均匀混合气的形成.     

高压共轨柴油机喷雾特性仿真与试验研究

建立喷雾闪光测试台架,利用此台架研究高压共轨喷油器在不同喷射压力和背压下的喷雾宏观特性,并对喷油规律进行测试.利用CFD软件Fire对燃油喷雾过程进行了仿真计算,分析了轨压、喷孔直径,以及背压对喷雾贯穿距、索特平均直径及喷雾直径的影响,并对喷雾贯穿距进行了仿真和试验结果的对比分析,从而验证了模拟计算结果的准确性.     

影响伞形喷射喷油嘴喷雾粒径及其分布的几个因素

本文根据试验结果,分析了喷油嘴开启压力、喷油背压和循环喷油量对伞形喷射喷油嘴喷雾粒径及其分布的影响。     

气体喷射及环境背压对空气辅助喷雾特性影响研究

为了解不同气体参数及环境背压对空气辅助喷雾特性的影响,通过定容弹试验平台,采用高速摄影技术分析不同喷气脉宽、不同喷气压力、不同环境背压对于空气辅助喷雾特性的影响,尤其是喷雾宏观形态的变化,并对贯穿距、喷雾投影面积等喷雾特性参数进行定性分析.试验结果表明,在不同试验条件下贯穿距均呈两阶段发展趋势,喷雾投影面积线性增长.增...     

多片撞壁喷雾的空间分布特性研究

对四孔油嘴与多片导向套配合的碰撞喷雾进行了可视化试验研究,分析了背压及碰撞角对喷雾空间分布特性的影响.结果表明:与自由喷雾相比,多片撞壁喷雾的喷注液核区明显减小,扩散度显著提高;全碰方案较半碰方案具有更大的喷雾扩散范围;贯穿距随碰撞角的增大加而减小,扩散角和扩散范围随碰撞角的增大而增加.     

高压共轨多次喷射喷雾形态发展的试验研究

开发了高压共轨系统测试平台,采用高速闪光摄影方法,对所设计的电控喷油器在多次喷射条件下进行不同方案的喷雾特性试验研究,对试验结果进行特性分析,得到了喷孔结构和喷射背压等参数对喷雾贯穿距、喷雾形状和喷雾分布面积的影响规律,以便于建立多次喷射条件下的喷雾和燃烧放热模型,为提高电控共轨柴油机的性能奠定基础。     

脂肪酸甲酯/柴油喷雾特性的对比试验

采用高速摄影和粒子图像分析技术对脂肪酸甲酯(FAME)/柴油的高压共轨喷雾的宏观和微观特性,包括喷雾贯穿距离、喷雾锥角及索特平均直径(SMD)进行了试验.结果表明:两种燃料喷雾均为两阶段模式,并得到其喷雾贯穿距离与喷射压力、背压和燃料密度等的关系式;相同工况下脂肪酸甲酯的贯穿距离比柴油略大,喷雾锥角比柴油略小;柴油的索特平均直径比脂肪酸甲酯的小,但差距不超过3,μm,且两者的粒径分布相似;发动机不做太大改动就可以使用脂肪酸甲酯或脂肪酸甲酯/柴油的混合燃料.     

液化石油气喷雾特性的试验与计算研究

采用高速摄影技术对液化石油气(LPG)喷雾特性进行试验研究,并利用准维气相射流模型模拟计算LPG喷雾的发展过程,计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:在喷孔直径、背压等参数相同的条件下,LPG喷雾锥角和喷雾轴心浓度的衰减率随启喷压力升高而增大,而启喷压力对喷雾轴心速度的衰减率和喷雾贯穿距离则影响较小;在喷孔直径、启喷压力等参数相同的条件下,喷雾锥角、喷雾轴心速度和浓度的衰减率均随背压的升高而增大,而喷雾贯穿距离则随背压的升高而减小;背压对贯穿距离、喷雾锥角、喷雾轴心速度和浓度衰减率的影响均大于启喷压力。     

柴油机SCR系统尿素溶液喷雾特性的试验研究

应用多普勒粒子动态分析仪(PDA)研究了SCR系统尿素溶液喷雾的粒径及其分布特征。试验对比了有、无空气辅助喷射系统的喷雾粒径分布特征;测量了空气辅助喷射系统尿素溶液喷雾在垂直喷雾轴线不同截面上的粒径分布;研究了空气压力及喷嘴的喷孔结构对喷雾粒径的影响。通过高速摄影得到空气辅助喷射系统尿素溶液喷雾的发展过程。试验结果表明:空气辅助喷射系统沿喷雾轴向喷雾粒径的大小及粒径分布变化不大,大直径液滴所占比例随着辅助空气压力的减小而增大,有倒角喷孔较无倒角喷孔更有利于喷雾雾化;无空气辅助喷射系统喷雾雾化效果较差,大直径液滴所占的比例明显增大。     

柴油丙烷混合燃料的喷雾特性的试验研究

利用高速摄像和纹影成像系统研究了柴油溶解丙烷混合燃料喷雾特性。研究了不同比例柴油/丙烷混合燃料的喷雾发展过程,归纳出柴油溶解不同比例丙烷在不同环境背压下喷雾的喷射距离、破碎长度、喷雾锥角随时间的发展规律。研究结果表明:柴油溶解不同比例丙烷混合燃料与纯柴油的喷雾特性在形态上存在较明显的差别,但是在喷射距离、破碎长度和喷雾锥角与时间及背压的关系上规律相同,即喷射距离与时间呈指数关系,破碎长度与时间呈负指数关系。喷雾锥角随背压及柴油中溶解的丙烷含量的增加而增大。     

柴油掺水乳化油雾化特性的研究

作者采用高速纹影摄影和同轴激光全息技术,在定容燃烧弹中,从宏观和微观两个角度研究了乳化油束的雾化特性.研究表明,乳化油的雾化特性比纯油好,特别是在高温环境下,乳化油束中发现了单个大油滴"伞状"破碎的雾化现象.作者认为,乳化油中的内相油—水界面的非连续性和高温时水分蒸发汽化对液滴产生的内部扰动,是改善乳化油雾化质量和发生"微爆"的主要因素.     

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。     

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。     

Oil distribution in a transcritical CO2 air-conditioning system

To properly determine the oil charge to the compressor of a closed-loop vapor compression system, it is important to be able to accurately estimate how much oil is held-up in refrigeration cycle components other than the compressor. To provide such information, this paper reports the results of an experimental investigation of the oil distribution behavior in a specific transcritical CO₂ air-conditioning system. To experimentally measure the oil retention at each individual cycle component, a novel oil injection–extraction method was applied and a new test facility was developed. Experimental results show that as the oil concentration of the working fluids discharged from the compressor increases the oil retention volume in the heat exchangers and suction line also increases. Thirty-two percent and 24% of the total oil amount charged initially is retained in heat exchangers and suction line at 5 wt.% of oil circulating with the refrigerant at a mass flow rate of 14 and 27 g/s, respectively. Experimental results also show that the effect of the oil on the evaporator pressure drop increases as the oil concentration increases at constant refrigerant mass flow rate. For the refrigerant mass flow rate of 14 g/s and 27 g/s, the evaporator pressure drop increases up to 280% and 40%, respectively, when the oil concentration increases from 0 to 5 wt.% The effect of oil on pressure drop was found to be most profound at high vapor qualities where the local oil concentration is the highest. For a CO₂ air-conditioning system, the oil retention in gas cooler, evaporator, and suction line is expected to be less than 20% of the initial oil charge if the oil concentration is maintained less than 1 wt.%.     

利用短距离碰撞效应的高效燃油雾化系统

提出了利用超短距离碰撞效应促进燃料雾化、快速形成高质量混合气的方法.据此研制了适合于直喷式柴油机的新型燃油雾化系统.并采用燃油喷雾可视化测试装置,对新型燃油雾化系统的喷雾特性进行了研究,分别获取了燃油油束的外观图像和油束断面的构成图像.结果表明,该燃油雾化系统能够快速形成分布均匀的可燃混合气.带冲击槽内壁面的碰撞喷雾,燃油喷射时间为0.6 ms时,油束中心已经有油雾存在,无油雾区域明显减少;随着喷射时间的延续,当喷射时间为1.0 ms时,油束中心基本充满较浓的油雾;在喷射后期,油束中心与周边主流已融为一体,构成更均匀的燃油油束.     

可控活化热氛围下柴油喷雾自燃特性的研究

利用可控活化热氛围燃烧试验系统，结合连续喷射系统对柴油燃料在高温热氛围下的自燃特性进行了研究，并利用高速摄影技术，得出柴油燃料喷雾在不同协流温度下的滞燃期、自燃点位置以及稳定火焰起升高度。结果表明，随协流温度的升高，柴油喷雾滞燃期减小，自燃点位置至喷嘴口距离减小。协流温度低于1022K时，不能形成稳定的起升火焰；协流温度处于1022～1074K范围内，火焰起升高度随温度升高急剧降低，而起升高度的均方差也较大。温度继续增加时，起升高度变化趋缓，火焰稳定。     

气流扰动对含氧混合燃料喷雾的影响

内燃机缸内空气运动对混合气的形成和燃烧过程有重要的影响。为了更好地研究气流扰动对燃料喷雾体的影响,我们设计了在高压共轨试验台上一系列的实验,且在横向气流扰动下,使用频闪摄像系统,对柴油、黄连木籽生物柴油B30,B50和B100等不同类别的含氧混合燃油的喷雾进行拍照实验。结果发现,在气流扰动条件下,每种燃油喷雾的雾化效果都得到了增强;对于相同的气流扰动情况下,随着燃油粘度的增大,其喷雾投影面积均呈现出先增大后减小的趋势。     

Study on the spray characteristics of methyl esters from waste cooking oil at elevated temperature

In Taiwan, millions of tons of waste cooking oil are produced each year, and less than 20% of it, about 150,000 ton/a, is reclaimed and reused. Most waste oil is flushed down the drain. Utilizing waste cooking oil to make biodiesel not only reduces engine exhaust gas pollution, but also replaces food-derived fuels, and reduces ecologic river pollution. This study employed two-stage transesterification to lower the high viscosity of waste oil, utilized emulsion to reduce the methyl ester NOx pollution, and used methanol to enhance the stability and viscosity of emulsified fuel. To further analyze spray characteristics of fuels, this experiment built a constant volume bomb under high temperature, used high speed photography to analyze spray tip penetration, spray angle, and the Sauter mean diameter (SMD) of fuel droplets, and compared the results with fossil diesel. The experimental results suggested that, two-stage transesterification can significantly lower waste oil viscosity to that which is close to fossil diesel viscosity. At a temperature above 300 °C, waste cooking oil methyl esters had a water content of 20%, spray droplet characteristics were significantly improved, and NOx emission dropped significantly. The optimal fuel ratio suggested in this experiment was waste cooking oil methyl ester 74.5%, methanol 5%, water 20%, and composite surfactant Span–Tween 0.5%.