柴油喷雾撞壁混合过程的研究

对柴油喷雾平板撞壁过程进行了研究。表明柴油从喷孔喷出后很快达到壁面，在壁面形成壁面射流，这一部分燃油不能充分与燃烧室中的空气混合。在燃烧室壁面上加上限流沿后，发现壁面射流在遇到限流沿后从壁面剥离，在空间形成二次射流。增大限流沿的高度会增大二次射流角，而二次射流锥角没有明显的变化；增大二次撞壁距离会减小二次射流角，而二次射流锥角变化不大；喷油压力的变化只是改变燃油的撞壁时刻和喷雾贯穿距，对二次射流角和二次射流锥角的影响不大。由此可以看出，通过调整BUMP的高度和二次撞壁距离等对二次射流影响较大的参数，可以控制燃油在空间的分布，实现可控燃油混合气的形成。     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。     

"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．     

温度及压力对柴油机燃烧室内混合气形成影响的数值模拟

用CFD分析软件对柴油机燃烧室内不同环境条件下柴油喷雾的混合气形成及撞壁混合过程进行了模拟计算，并与PLIF法取得的试验结果进行了对比，二者基本吻合．试验和模拟计算结果均表明，油束撞壁后主要沿燃烧室壁面向下移动，在燃烧室近壁区形成一层薄而浓、面积较大的混合气层，且随燃烧室内气体密度的增大，对应时刻及位置的速度、喷雾贯穿距、燃烧室壁面的燃油堆积量、近壁区浓混合气层的面积及混合气浓度减小．     

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,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,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。     

汽油单液滴撞击不同壁面试验研究

为明确汽油单液滴撞壁特性,设计了单液滴撞壁系统,分析了汽油液滴撞壁现象及不同壁面对汽油液滴撞壁结果转捩的影响。研究表明:汽油液滴撞击干壁面时在壁面粘附铺展成一层附壁油膜,附壁油膜促使液滴再次撞壁时发生皇冠射流飞溅现象。附壁油膜越薄,飞溅越剧烈,飞溅持续时间越短。相比硅油膜动力黏度,硅油膜厚度对汽油液滴撞壁后形态演变过程影响更大。汽油液滴撞击硅油膜会稀释硅油膜,稀释前后射流分别为碗状射流、皇冠状射流。随着稀释程度增加,皇冠状射流的二次液滴数量增加,二次液滴中含有壁面硅油组分。无量纲时间τ1时,Rioboo模型能较好地预测铺展因子变化规律,但若超过此时间则Rioboo模型预测不准。     

缸内直喷天然气射流混合过程的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了天然气缸内直喷自由射流、撞壁射流以及涡旋结构在直口、缩口和敞口3种燃烧室形状中的形成过程,并在此基础上设计了适用天然气缸内直喷混合气形成的新型燃烧室.结果表明:采用较小的喷射夹角可以改善射流撞壁过程,提高混合气形成质量;喷射夹角为80°时,缩口燃烧室中,附壁射流脱壁后涡旋结构中燃料不易扩散,天然气混合速度较低,直口燃烧室和敞口燃烧室天然气混合速度接近.3种燃烧室形状中天然气射流混合过程会经历3个重要转折点:自由射流撞壁、附壁射流脱壁以及涡旋结构生长和扭曲阶段,其中在涡旋结构生长和扭曲阶段气体燃料与空气快速混合.最后,根据天然气射流在缸内混合过程设计出脱壁型燃烧室(SACC),大大增加形成可燃混合气的燃料比例,并能提高混合气的均匀度.     

用激光诱导荧光法（LIF）研究燃油喷雾的撞壁混合过程（2）：曲面撞…

本文使用激光诱导荧光法和数字图象技术，研究了几种典型的曲面形状，ＯＳＫＡ，丰田反射燃烧系统中的喷雾撞壁混合过程，试验研究结果表明，撞壁区的壁面形状能明显地改变壁面喷雾的发展方向和扩散程度。     

两种燃烧室内燃油空气混合情况的定量比较分析

对一传统ω形燃烧室和一种新式BUMP燃烧室内燃油空气混合质量进行了对比性研究,发现燃油撞壁以后在ω形燃烧室壁面形成壁面射流,这一层燃油浓度很高,很难与空气混合,而在BUMP燃烧室内,壁面射流遇到BUMP后,会在空间形成二次射流,二次射流进一步能快速与空气充分混合.利用3个评价参数：体积分数、浓度方差以及浓度耗散率对ω形燃烧室和BUMP燃烧室内燃油空气混合好坏进行了定量比较,发现BUMP燃烧室与ω形燃烧室相比,燃油能在更大的体积内与空气混合,燃油在燃烧室内分布相对更均匀,燃油能更快与空气混合.     

高韦伯数液滴撞壁诱导的中间射流破碎现象

针对内燃机缸内附壁油膜问题,模拟液滴撞壁过程,设计开发了气体驱动单液滴高速撞击热壁面试验系统.研究了液滴高速撞壁对二次雾化的影响,同时考虑壁面温度对撞击效果的影响.结果表明,目前液滴撞壁研究的韦伯数范围多是20～1 000,而通过使用驱动气体(氮气)将小液滴加速至10.8 m/s,从而产生碰壁韦伯数高达4 057的液滴;液滴在韦伯数高达一定条件下发生射流破碎现象,热效应并不是唯一导致其产生的因素;随着韦伯数的增加,射流高度及产生的次级液滴数量也随之增加;随着壁面温度升高,发生中间射流现象时的韦伯数随之降低;在高韦伯数条件下,在远高于水的Leidenfrost临界温度时并没有明显的Leidenfrost现象产生.     

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。     

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.     

燃油撞击对柴油机混合气形成及其燃烧过程影响的研究

介绍了具有油束撞击效应的轴针式喷油器在不同柴油机燃烧系统中的应用。试验结果表明,当这种喷油器运用于涡流室式柴油机时,可以起到降低发动机燃油消耗与排气烟度的作用;运用到直喷式燃烧系统时,发动机的运转正常,起动方便,但目前还存在燃油消耗率和排气烟度高的不足。此外,还详细介绍了这种轴针式喷油嘴产生的不同形式的碰撞效果对直喷式发动机性能影响的研究结果。     

直喷式增压柴油机燃烧过程可视化研究

介绍采用高速摄影技术研究直喷式增压柴油机的燃烧过程，研究工作在单缺柴油机上进行。研究结果表明，进气增压改善了上柴油机燃烧过程；促进了燃油和空气的混合，增加了燃油束向燃烧室中心的扩展区域，壁面附近燃油堆积量减小；缩短了着火延迟期，增加了扩散燃烧的比例，火焰扩展速度降低；改善了燃烧室内的燃烧条件，抑制了燃烧火焰向活塞顶部外溢。     

燃烧室内碳粒对燃油喷雾的影响

在柴油机燃烧室内的残余废气中和壁面上，存在固态微小碳粒，使喷雾两相流变成了喷雾三相流。本文探讨了碳粒对燃油喷雾、油滴破碎与聚合、油滴着壁特性等可能产生的影响。     

对置活塞发动机侧置燃烧室性能仿真研究

为解决使用中心浅坑燃烧室的对置活塞发动机燃油湿壁、挤流强度低、燃烧室中心混合气过浓等问题,提出对置活塞发动机侧置燃烧室方案,对侧置ω燃烧室和侧置侧卷流燃烧室性能进行研究.使用侧置燃烧室时气口开闭相位的改变会导致发动机指示功率降低,采用GT-Power建立发动机性能仿真模型,通过改变气口参数解决了由于换气过程差异导致的侧...     

压燃式天然气发动机着火和敲缸的试验研究

提出了一种压燃式天然气发动机燃烧系统。该燃烧系统采用了低散热的分隔式燃烧室和复合供气系统,即利用分别安装于进气管和气缸盖上的高、低压天然气喷射阀在一个工作循环中的分时供气,以在副燃烧室内形成较浓的混合气,在主燃烧室内形成稀混合气。在接近压缩终点处,副室内的混合气首先着火,其火焰喷入主燃烧室点燃其中的稀混合气。在单缸试验机上研究了这一燃烧系统的着火起动特性和敲缸现象。试验结果说明：仅采用进气道低压喷射天然气的供气方式在发动机气缸内形成天然气／空气的均质混合气,可很容易地实现压缩着火和起动发动机;电热塞温度、进气温度及副室与主室之间通道尺寸对发动机的着火和起动性有显著的影响,可以实现仅利用电热塞辅助加热即可在常温进气条件下起动发动机。在主、副燃烧室内实现混合气浓度的时间-空间控制,以实现混合气浓度分层,有助于避免敲缸现象。