非对称多孔喷油器撞壁喷雾特性的试验与模拟

采用高速阴影摄像技术对直喷汽油机非对称多孔喷油器进行了撞壁喷雾特性研究.分析了撞壁距离和撞壁角度对撞壁喷雾贯穿距和半径的影响.利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)技术研究了撞壁距离与撞壁角度对撞壁喷雾粒径SMD(Sauter Mean Diameter)、壁面油膜厚度以及壁面油膜面积的影响.结果表明,撞壁距离与撞壁角度对撞壁喷雾有着重要影响,在试验条件下较佳的撞壁距离大约为26.1,mm,即压缩/进气上止点前后60°CA左右,较合适的撞壁角度应该是75°左右.此外,喷雾离开喷嘴3,ms后,撞壁距离为26.1,mm时,撞壁喷雾粒径SMD平均较撞壁距离18.1,mm时大了约1,μm,而比撞壁距离47.1,mm时小了约14,μm;撞壁角度为75°时,撞壁喷雾粒径SMD平均较撞壁角度60°时小了约5,μm,而比撞壁角度90°时大了约1.6,μm.     

汽油喷雾撞壁雾化的数值模拟

撞壁雾化是现代直喷式中小缸径发动机中普遍存在的现象,研究撞壁雾化的特性对改善发动机的燃烧具有重要的意义。根据Mundo等人提出的飞溅喷雾撞壁模型,对定容室中的汽油喷雾撞壁现象进行了模拟计算与分析。通过改变壁面温度、壁面粗糙度、喷雾速度及网格数,对比分析了不同条件下喷雾撞壁过程发生的变化,为进一步进行喷雾撞壁试验、完善喷雾撞壁模型提供了参考。     

直喷汽油机附壁油膜特性试验研究

运用激光诱导荧光法(LIF)定量分析了缸内直喷汽油机单孔喷油器喷雾撞壁的二维油膜特性。研究发现:燃油在壁面上向油膜铺展的方向聚集,并在边缘形成较厚的油膜。高喷射压力有助于形成质量较小且厚度较薄的油膜,同时减小喷射脉宽能进一步降低燃油附壁率。增加撞壁距离能同时减小油膜质量和油膜面积,然而油膜的平均厚度并未减小,对油膜蒸发并没有明显的促进作用。将喷射角度从15°增加到45°能够显著减少油膜质量和平均厚度。     

早喷参数对燃油湿壁影响的数值模拟

利用AVL-Fire软件建立了4100柴油机的三维数值模型,并对早喷策略下燃油喷雾湿壁现象进行了数值模拟,重点研究了早喷参数(喷油时刻、喷雾锥角、喷油压力及两段喷射)对早喷阶段累积燃油撞壁量、最大湿壁油膜质量和主喷开始前残余湿壁油膜质量等燃油湿壁参数的影响.研究表明:早喷时刻对燃油湿壁量影响不大;喷油压力对喷雾到达壁面时间和缸内气流运动均产生影响;减小喷雾锥角、采用两段式早喷策略可以有效降低燃油湿壁量,但改变两段喷油量的比例对改善燃油湿壁作用不大.     

壁面温度和撞壁距离对柴油喷雾燃烧特性的影响

根据撞壁距离L与自由喷雾液相贯穿距L_liquid之比，将喷雾撞壁模式分为严重湿壁、轻微湿壁、临界湿壁、未湿壁．通过高温高压定容弹试验和Open FOAM仿真，研究了高、低壁温条件下，4种喷雾撞壁模式对着火特性、火焰发展特性以及燃油分布特性的影响．结果表明：提高壁面温度可以促进喷雾着火及燃烧过程，且其促进作用随L L_liquid增大而减小；高壁温条件下，一定程度的喷雾撞壁有利于油气混合和燃烧，低壁温条件下则相反．     

柴油机喷雾火焰撞壁瞬时传热特性仿真研究北大核心CSCD

使用CONVERGE发动机仿真软件,基于流固耦合建立了撞壁喷雾火焰瞬时传热仿真模型,并利用试验数据对仿真模型进行了标定。利用该模型探究了撞壁距离、喷射压力及环境氧体积分数对喷雾火焰撞壁瞬时传热特性的影响。仿真计算结果表明:撞壁距离的变化对壁面传热的影响不大,喷射压力升高及环境氧体积分数的增加都会使喷雾火焰撞壁瞬时壁面传热损失升高。     

电控汽油机进气道附壁油膜模拟研究

电控汽油机进气道多点喷射的附壁油膜现象是导致燃油动态传输迟滞的根本原因,为此笔者从喷雾碰壁出发,研究附壁油膜形成过程以及附壁油膜形状和质量分布的影响因素。通过Fluent软件对喷雾碰壁多影响因素的模拟及自定义函数（UDF）对空间颗粒统计分析,从本质上得出影响附壁油膜形成、燃油动态传输迟滞以及混合气形成品质的主要因素,为进气道多点喷射的燃油精确控制提供了较为有力的理论依据。     

"Bump燃烧室"内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置,用片状激光诱导荧光法(PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算,二者结果基本吻合．平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明,撞壁射流在遇到限流沿(Bump)后会剥离壁面,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,减少壁面燃油堆积量．计算结果还表明,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸,促进了燃油与空气的混合,是Bump燃烧室内稀混合气形成及稀扩散燃烧的关键所在．     

喷雾撞壁模型的发展

本文对近些年来喷雾撞壁模型的发展进行了综述。已有的喷雾撞壁模型主要是在常温环境下利用水滴或是柴油液滴进行试验得到的,包含了许多假设和经验的成分,需要进一步改进。     

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.     

直喷式柴油机燃油撞壁特性及混合气形成研究

应用STAR-CD软件对燃油撞壁进行三维数值模拟,重点研究入射角度、环境压力和涡流比对撞壁特性和混合气形成的影响.结果表明,撞壁后燃油的二次雾化对燃油蒸发具有重要作用.随着壁面入射角度的增大,壁面油膜扩展面积增大,油膜从长叶形向扇形变化.随着环境压力的增高,燃油分布范围明显减小,但燃油堆积量和浓混合气的面积都会进一步减小,形成相对稀薄的混合气.涡流对燃油的影响主要发生在撞壁之后,随着涡流比的增大,形成大范围的稀混合气.涡流比过高,相邻油束的混合气将会发生干涉,造成燃烧质量下降.     

直喷式柴油机燃油喷雾碰壁与空气卷吸模型的研究

本文提出了一个适合在准维模型中使用的直喷式柴油机喷雾碰壁与空气卷吸的数学模型。采用紊流射流理论推出了新的壁面射流计算公式,并在正确描述喷注贯穿的基础上建立了有涡流作用的空气卷吸模型。该研究结果用于准维模型的理论计算与实测结果吻合很好,证明了模型的实用性。     

喷嘴距离和喷嘴角度对油膜附壁的影响

为研究进气道燃油喷射汽油机内喷嘴距离和喷嘴角度对燃油碰壁形成的附壁油膜的影响,采用激光诱导荧光法,研究了不同喷嘴距离和喷嘴角度下的附壁油膜厚度二维分布规律.结果表明,喷嘴角度越小,附壁油膜厚度较大的区域越向下游移动,油膜较厚区域的范围越大,油膜的最大厚度越小.喷嘴距离越大,附壁油膜的厚度越薄.     

直喷式柴油机燃油喷射终止后雾场滴径分布的测量研究

采用Ｍａｌｖｅｒｎ粒子分析仪在较大的喷射压力范围内对喷射终止后油束内部的燃油滴径分布规律进行了测量研究。研究发现,在喷油结束后油束尾部存在着由滴径很大的油滴群所组成的浓燃油区,其索特平均直径均大于喷油持续期内喷出的燃油。这部分燃油混合的相当缓慢,在本试验范围内,其完全消失的时间均在２ｍｓ以上,可以认为停喷以后油束尾部燃油的混合方式主要受油滴的蒸发和扩散所控制,而油束前端混合主要受卷吸所控制。     

空气运动对小型直喷式柴油机着火前喷雾混合过程的影响

本在单缸试验柴油机上，采用同步摄影技术，研究了空气运动对不型直喷式柴油机着火前喷雾混合过程的影响。试验结果表明，进气涡流对油束的吹偏作用较小；提高涡流强度使油束保持不被“撕裂”的初始段减小，碰壁前油束端部平均速度降低，油束喷雾锥角增大。提高涡流强度还使油束背风面的“撕裂”程度加剧，顺涡流方向壁面油束扩展加快。着火前燃油喷雾沿燃烧室径向分布与涡流强度和在周向气流作用下油束碰壁后的“撕裂”程度有关。     

高背压下燃油喷雾倾斜碰壁数值模拟

利用三维燃油喷雾碰壁模型，对日本学者国吉光等人所做的高背压下喷雾倾斜碰壁实验进行了模拟计算，结果表明，两者较吻合。并发现在高背压理喷雾倾斜碰壁所形成的油膜形状并不像常规理论所认为的长叶形，而是扇形。     

进气涡流比对直喷式柴油机油束碰壁过程影响的研究

本采用高速摄影技术，研究了小型直喷式柴油机缸内空气运动对油束碰壁过程的影响。研究结果表明，在小型直喷式柴油机中，燃油壁面喷射的反溅作用是燃油雾化过程中的重要阶段。油束在碰壁过程中，其锥角及贯穿速度均发生变化。不同的进气涡流强度，壁面油束的形状及其发展速度均不同，顺涡流方向壁面油束的扩展速度较快，随着涡流强度的增加，壁面油束只出现在顺涡流方向。空气涡流对燃油与空气混合的促进作用主要发生在油束与燃烧     

直喷式柴油机近斜壁撞击雾化燃烧系统研究

本文介绍了一种新型直喷式柴油机近斜壁撞击雾化燃烧系统。在一个定容压力室内，采用先进的PIV粒子图像测速技术（Particle Image Velocity）研究了近斜壁撞击雾化的宏观雾化特征，在一台单缸的柴油机上进行了多种方案试验研究。试验表明，该燃烧系统在中低负荷时获得较好性能，通过进一步的改进可获得更佳性能。     

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。