直喷式柴油机进气涡流比与喷油系统参数优化匹配的多维仿真研究

基于多维数值模拟方法,研究了直喷式柴油机进气涡流比与喷油系统参数之间的匹配关系,并分析了进气涡流对柴油机油束撞壁的影响。研究结果表明:对于较小口径比的柴油机燃烧室,进气涡流对燃油混合的促进作用主要发生在油束撞壁以后,并影响燃油蒸气在燃烧室壁面附近的轴向分布情况;为了获得理想的燃油蒸气空间分布,涡流比的匹配值应随着喷孔数的增加而逐渐减小;通过改变喷油器的油束夹角,可以改善燃油蒸气在燃烧室壁面处的轴向分布情况,改善发动机的燃烧效果。     

M15甲醇柴油发动机喷雾及燃烧过程的数值模拟

分别建立了纯柴油及甲醇-柴油混合燃料喷雾燃烧过程的多维数值模型,并用试验结果对计算模型进行了验证。模拟计算结果表明:在不改动柴油机结构的情况下,掺烧15%的甲醇后,滞燃期变长;喷雾贯穿距离缩短,破碎能力增强,油滴索特平均直径也有所降低,这表明掺烧甲醇后具有较好的喷雾均匀性;燃油浓度场均匀性改善,与空气混合效果更好;soot排放有明显改善;另外,进气涡流比对M15甲醇柴油发动机缸内湍动能的分布有较大的影响。     

船用低速柴油机喷孔方向对缸内燃烧影响的仿真研究

在某船用低速柴油机燃烧系统开发中,为设置合理的喷孔方向,应用流体动力学软件STAR-CD对不同喷孔方向的缸内燃烧情况进行仿真分析。分析结果表明:喷孔方向对柴油机缸内燃烧的影响较大;喷孔方向顺着缸内涡流方向时可促进喷射燃油的传播及混合,改善缸内燃烧;但喷孔方向顺着涡流朝向缸套壁面喷射时,油气混合主要发生在燃烧室缸套壁面附近,增大了缸套壁面的传热,且不利于燃烧室中心区域空气的利用;本文研究中,原喷油器的喷孔绕喷油器轴线朝缸内涡流方向旋转30°或35°时,缸内燃烧情况明显改善。     

柴油机混合气形成条件对瞬态火焰温度和碳烟质量浓度影响的研究

进气涡流强度、喷嘴的喷孔直径与个数、喷油压力等直接影响直喷式柴油机燃烧室内混合气形成与燃烧过程的进行，从而影响柴油机的动力性、燃油经济性和碳烟排放。作者用同步光导纤维四色法测量系统，研究了进气涡流、喷孔直径和个数对燃烧过程中火焰温度和碳烟浓度的影响。本文介绍的是所进行的研究工作和得到的结果。     

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     

涡流室柴油机燃油与空气混合过程的三维数值计算和实验验证

通过改进ＫＩＶＡ－Ⅱ程序中的油滴破碎和喷雾碰壁两个子模型,对涡流室柴油机燃油与空气混合过程进行三维数值计算。获得了涡流室中典型截面的油滴运动轨迹和燃料蒸汽质量分数以及温度场的分布图。用激光莫尔偏折技术实测涡流室内的温度场,测试结果表明：三维数值计算与实测数据取得了定性上的一致。     

具有涡流喷油嘴的小型直喷式柴油机

在一个具有涡流喷油嘴的小型直喷式柴油机上,研究了涡流比和喷油嘴位置对混合气形成和燃烧过程的影响.涡流喷油嘴在针阀体外表面上有两道螺旋槽,其特征是喷注贯穿度不大,喷注锥角宽且油滴雾化均匀.由于油滴刚离开喷油嘴的喷孔后就朝着空气涡流方向偏转,且沿着燃烧室壁运动,所以涡流比和喷油嘴位置对混合气形成和燃烧过程的影响相当大.借助于气缸内观测和压力变化历程的分析,发现这两者对油滴和蒸气的分布和扩散燃烧的影响极大,但对发火的产生和预混燃烧的影响不大.     

喷孔形状对柴油喷雾燃烧及碳烟特性的影响

基于定压燃烧弹系统,通过纹影法和碳烟辐射光法的同步光学诊断技术,针对圆柱形和渐缩形两种形状的单孔喷油器,对比分析了两种喷孔在不同环境温度、喷射压力的工况下喷雾燃烧及碳烟生成特性.结果表明:两种喷孔形状在不同环境温度和喷射压力下,喷孔形状对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响较为微弱,由于圆柱形喷孔内部的空化作用,在喷嘴出口处湍流动能增加,致使圆柱形喷孔喷雾锥角较大,喷雾贯穿距较小;由于相对较低的喷油速率,圆柱形喷孔的火焰浮起长度略短;通过碳烟辐射强度分析可以看出,喷孔形状对碳烟的生成产生显著影响,圆柱形喷孔的碳烟初始位置距离喷嘴更远,其由于易产生空化效应,能改善燃油与空气混合,降低火焰中碳烟的生成.     

共轨柴油机燃烧系统的匹配研究

在直喷柴油机CA6DE1上安装了高压共轨系统,建立了一套完整的台架试验系统。在试验台上对CA6DE1共轨柴油机进行了性能匹配试验。对喷油器结构参数、燃烧室几何参数和进气涡流比进行了改进和优化。试验结果表明：较高的喷射压力、较小的喷孔直径．匹配较低的进气涡流比和适合的燃烧室形状,同时采取推迟喷油定时的措施;可以改善油气的混合和燃烧过程,减小有害排放,兼顾经济性、动力性和排放性能的要求。     

涡流室式柴油机燃油蒸发过程的三维数值模拟

建立了高温高压条件下的油滴蒸发模型,并在不同的工质压力和温度下对模型进行了验证,模型计算结果和实验结果吻合良好。将此油滴蒸发模型和油膜蒸发模型相结合,应用到涡流室式柴油机的燃油蒸发过程中,通过三维数值模拟计算,研究了燃油蒸发过程中燃料蒸气浓度和工质温度场的变化历程以及燃油蒸发对涡流室平均温度和平均压力的影响。     

对柴油机用轴针式喷油器实现直喷燃烧的分析

从研究Elsbett“双热区”隔热直喷燃烧系统（DuothermicCombustionSystem）出发,分析了喷雾贯穿。喷孔直径、喷油器安装位置、铰接式铸铁活塞、采用机油冷却及增压等对混合气形成及燃烧过程的影响。认为,适当增加进气涡流强度、缩小喷孔与轴针之间的配合公差、采用铸铁活塞头部、以机油作为冷却介质、实现高温冷却等措施,有利于改善小缸径柴油机混合气形成及燃烧过程。“双热区”燃烧系统对采用轴针式喷嘴实现小缸径柴油机的直喷燃烧有许多值得借鉴之处。     

缸内直喷周向分层燃烧系统火花塞附近油束发展历程的试验研究

采用高速摄影技术研究了缸内直喷周向分层（简称DICSC）燃烧系统火花塞附近两根油历史潮流的发展历程。研究结果表明,喷雾混合过程中燃油碰壁、反弹现象非常明显,大多数燃油的雾化与蒸发产生于油束碰壁以后。靠近壁面处燃油浓度最大,向燃烧室中心方向浓度逐渐降低,沿周向、顺涡流方向形成了明显的由浓到稀的分层。因而,为了保证较好的着火稳定性,在DICSC燃烧系统中火花塞靠近壁面布置并处于油束下游一定角度比较合适,此外有浓度合适、易于点燃的混合气以便火焰能够顺利扩展。另外,还研究了不同涡流比和油束夹角下的油束发展历程。     

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。     

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.     

Experimental investigations of spray generated by a pressure swirl atomizer

This paper has focused on the droplets behavior of kerosene RP-3 spray produced by a pressure swirl atomizers in terms of spray pattern, droplet size spatial distribution, mean droplet size, and distribution index with variations of pressure differential. The analyses have been carried out experimentally with the aid of optical diagnostic methods. The spray pattern, such as spray cone angle and fuel spatial distribution, has been measured by the technique of planar laser induced fluorescence of kerosene. A method for correction of fuel distribution measurement error induced by laser attenuation in spray is proposed and validated. The droplet size spatial distribution in central axis plane of the spray has been measured by a planar droplet sizing method which combining laser induced fluorescence and Mie scattering. The spray pattern in axial center plane and cross-sectional plane perpendicular to axis of the atomizer indicate that the droplets in spray concentrate around the outer periphery and in a narrow annular zone at the near-field of fuel injector exit, and then disperse to produce a solid spray at downstream of the spray. The analyses of droplet size spatial distribution, Sauter mean diameter, and distribution index with pressure differential clearly show the presence of droplets collision and its adverse effects on droplet size uniformity. The spray outline, droplet mass spatial distribution, and droplet size spatial distribution, droplets dispersion and collision in the process of atomization provide a great insight into the processes of atomization and spray development, which are key information for fuel injector design and quality control. The visualizations of spray pattern and droplet size spatial distribution with variations of pressure differential for pressure swirl atomizer are key issues in swirl cup or internally staged airblast fuel injectors because pressure swirl atomizer provides primary atomization or pilot spray which affects the quality of air/fuel mixing in lean-burn combustion. Moreover, a well-defined and complete database regarding the isothermal hollow cone spray is provided for validation of spray model.     

涡流燃烧室碰撞喷雾模拟分析

应用FIRE软件,对一种吊钟型涡流室式柴油机的压缩、喷雾过程进行模拟,考察气流运动、喷雾方向对混合气形成、分布、扩散过程的影响.对于喷雾过程,主要通过缸内的燃空当量比分析了燃油的分布情况;由油滴在涡流室内的粒径云图观察喷雾的形态.模拟结果表明:涡流室内强烈的气流运动对燃油的雾化作用很大,由于气流的阻尼作用,油滴不断破碎...     

燃油性质与喷油参数对陶瓷隔热复合机燃烧过程的影响

摘要在定容燃烧装置与B1135型单缸机上,对陶瓷隔热复合机的燃烧过程进行了试验研究.结果表明,由于陶瓷隅热复合机的压缩终点温度和压力很高,使滞燃期过短,空气粘度高,着火点在喷油嘴孔口附近,初期火焰横贯喷注,使空气与燃油混合条件差,因而仍沿用常规发动机燃烧系统参数时,燃烧过程恶化、燃油消耗率上升.采用减小喷油嘴孔径、增多喷孔数以改善空气与燃油的混合条件,以及采用低16烷值、低粘度燃油以获得滞燃期加长、着火点远离孔端等措施.对改善陶瓷隔热复合机燃烧过程具有良好的效果.     

缸内直喷汽油机工作过程三维数值模拟

用三维CFD数值模拟软件对一台均质充量缸内直喷汽油机全负荷工况时的进气、压缩和混合气形成过程进行了三维瞬态数值模拟.分析了进气道内及气缸内的工质运动状态,研究了缸内滚流的形成和发展历程及其对混合气形成的影响,探讨了两种喷油定时所对应的燃油喷雾、混合气形成过程.结果显示,在现有条件下喷油开始时刻为420°CA所对应的点火...