柴油机缸内过程的三维数值模拟

以不稳定性理论为基础为描述油滴破碎过程,以粘附、反弹／粘附和飞溅／附壁射流3个相互重叠的过程来描述喷雾碰壁,建立了燃油喷雾模型。将燃烧划分为低温着火、高温预混燃烧和相关火焰微元扩散燃烧3阶段建立了燃烧模型。开发了微机化三维模拟计算程序,在微机上对涡流室式柴油机的空气运动、喷雾和燃烧全过程进行了数值模拟。     

提高涡流室柴油机高速性和经济性的研究

涡流室柴油机是我国台数最多、使用面最广、制造厂家最多的一种中小型柴油机。就全世界来说,高速车用,缸径在100以下的柴油机,涡流室式也占着相当大的比例。主要是由于涡流室机柴油对燃油品质和对燃油系雾化质量要求较低;易于制造和修理;对空气的利用率较高;高速性能易于实现;循环过程对转速和负荷不敏感等。然而涡流室柴油机存在着较大的散热和节流损失,起动性较差,高速性和经济性有一定的矛盾;对燃油和燃油系的要求仍比予燃室高;经济性比直喷室低。当转速高于2400转/分后供油系和燃烧系出现一系列问题。例如常州汽车发动机厂生产的495Q涡流室柴油机的涡流室和主燃室结构见图1。D×S=     

涡流室式柴油机起动喷孔作用机理探讨

本文对涡流室式柴油机在冷起动条件下主、副燃烧室内燃油喷雾和着火过程进行了高速摄影。分析了起动喷孔的作用机理,指明具有吊钟形结构和起动喷孔的涡流室式柴油机,起动初次着火点首先在涡流室内,这为改善涡流室式柴油机的发火过程,进而改善起动性指出了方向和途径。     

涡流室式柴油机火用分析

应用热力学第二定律，列出了涡流室式柴油机的火用平衡方程根据系统的热力学火用和适合柴油机的热力学死点，以Ｓ１９５柴油机为例，进行火用分析，显示了火用分析的意义，确定了柴油机中各种火用损失的大小结果表明：燃烧过程火用损失，尤其是涡流室中的燃烧过程火用损失是最主要的火用损失根据火用平衡方程定义了柴油机的火用效率和瞬态火用效率，从而有利于判断柴油机不同负荷下工作过程的不可逆程度     

碰撞式喷油嘴在柴油机上的应用

介绍形成碰撞式油束,其头部加一挡块的轴针式喷油器在柴油机上应用的试验研究情况。该喷油器的特点是自喷孔喷出的燃油直接撞在头部挡块上,使之改变射束的方向并产生油滴的二次雾化,以达到加大喷束在空气中的散布面积、提高燃油与空气混合速率的目的。初步的试验研究结果表明,此种喷油嘴应用在涡流室式燃烧系统的柴油机上,可降低其燃油消耗率和排气烟度;应用到直喷式燃烧系统的柴油机上,可取代多孔喷油嘴使发动机良好地运转,但与多孔式喷油嘴的直喷式燃烧系统相比,目前还存在油耗与排温较高的情况,有待于进一步完善提高。     

柴油机带扇形通道涡流室式燃烧室研究

涡流室与主燃烧室之间的通道节流是影响涡流室式柴油机热效率的主要原因之一。本文在此基础之上对一台单缸涡流室式柴油机燃烧室镶块连接通道进行了开发研究。试验结果表明：新型连接通道能有效地增加流通系数减少节流损失,加快主燃烧室的燃烧,降低燃油消耗率。     

195型涡流室柴油机燃烧过程的研究

本文通过数学模型方法分析了涡流室参数对柴油机燃烧过程的影响,在此基础上设计了一种新型涡流室镶块结构。将该镶块在L195型柴油机上进行试验表明,柴油机的燃油消耗率、烟度、p_(max)及(dp/dφ)_(max)均有所降低。     

燃油喷嘴结构参数对空化性能的影响研究

柴油机喷嘴内的空化对柴油机的性能会产生严重影响,一方面它能促进燃油的雾化,使得燃油在发动机内部能高效、充分的燃烧,降低了积炭产生的可能;另一方面空化能引起喷嘴内部的空蚀磨损,从而影响喷嘴的使用寿命与性能。本文通过计算流体力学,采用VOF模型加空化模型研究喷嘴的结构参数对空化性能的影响。采用无量纲量的方法,对气液进口夹角比、气液进口长度比,气液进口直径比三个无量纲量进行分析。为以后研究气液两相燃油喷嘴燃油雾化特性提供理论基础。     

柴油机涡流燃烧室T形连接孔试验研究

将柴油机涡流燃烧室连接孔和起动孔连起来而做成了T形连接孔,通过试验分析,控探涡流室连接孔结构形式和尺寸对柴油机燃烧进程以及燃油消耗率和冷起动的影响.     

涡流室式柴油机喷雾贯穿度的研究

本文介绍了运用高速单次摄影装置研究涡流室式柴油机喷油系统循环喷雾贯穿的不均匀性、批量生产的油嘴喷雾贯穿的不稳定性,并在实际L195柴油机上进行性能对比实验及示功图测试,分析喷雾贯穿度改变对整机性能的影响。     

液体燃料横向射流雾化数值模拟

雾化是液体燃料燃烧非常重要的一个过程,良好的雾化是实现液体燃料高效燃烧的前提．为了得到某燃烧器文丘里管喉口处高速气流对燃油雾化的效果,本文利用计算流体力学软件对该燃烧室中液体燃料雾化两相流场进行了数值模拟,计算采用欧拉一拉格朗日方法,混合破碎KH—RT模型,模拟结果得到了不同气流速度下液滴群SMD分布,通过对单个液滴二次破碎模拟再现了液滴在高速气流中变形破碎的整个过程．     

基于超声雾化的柴油/汽油混合燃料液滴群燃烧特性

利用超声雾化多液滴制备系统,制成了柴油/汽油混合燃料多液滴群,其中液滴直径、液滴浓度、液滴速度等参数均可独立调节,以模拟内燃机缸内喷雾的实际流动及其与空气的混合状态。将该多液滴群引入可控活化热氛围燃烧器中,并对其稳定燃烧后的燃烧特性进行了研究。结果表明:改变混合燃料掺混比、燃料进给速度、空气流量等参数后,多液滴群自燃火焰形状随之发生显著改变,随着燃料中柴油所占比例的增大,火焰起升高度增加,火焰宽度减小;燃料进给速度和空气流量的改变,影响了混合燃料的燃空当量比及中央射流出口速度,进而影响到燃料的燃烧特性。     

液滴破碎模糊计算研究

利用模糊数学理论，选取液滴破碎过程影响参数，建立了指标特征矩阵，采用两级模糊模式识别模型来进行择优方案的选择，提出并建立了描述液滴破碎过程的模糊数学计算模型。利用模糊数学模型对不同工况下的6个液滴破碎进行了理论计算，结果表明，液滴3最易破碎，液滴2最不易破碎。     

气—液内混式高压喷嘴液体流量特性及雾化特性的研究

对气-液内混式高压喷嘴的液体流量特性及雾化特性进行了实验研究,分析了操作参数、喷嘴混合室进、出口孔径对两种特性的影响规律,为喷嘴的设计提供了依据。     

氮液滴在气流中的破碎和碰撞模拟

为揭示喷雾冷却中雾场氮液滴的行为,基于流体体积法(VOF)建立氮液滴的碰撞模型,对氮液滴在高速气流下的不同碰撞过程进行数值模拟,研究碰撞过程中液滴形态及气隙压力的变化情况.设定相同与不同液滴尺寸的液滴碰撞,以及对心与偏心液滴碰撞等4种不同条件,分析在各种碰撞条件下,碰撞初始条件改变对于液滴形态与后续液滴大小的影响.数值计算结果表明:高速气流下液滴发生碰撞时,其破碎形态主要由气流速度决定,而碰撞参数B主要决定液滴拉伸形成韧性带的方向;液滴接触时形成的气体间隙,其压力呈现先增大后减小的趋势;与对心碰撞过程相比,偏心碰撞时气隙压力会更快释放;相同尺寸对心碰撞的后续液滴分离情况最差,这是由于韧性带沿着气流方向,导致液膜没有明显破碎,对于后续液滴蒸发不利.     

离心喷嘴内部流动与液膜初级破碎的耦合模拟

了更准确地预测喷射特性,揭示喷嘴结构对雾化过程的影响,采用VOF多相流模型和大涡模拟湍流模型对航空发动机离心喷嘴内部流动和液膜破碎过程进行了耦合的CFD模拟,捕获了清晰的气液相界面以及油膜的不稳定波和初级破碎现象.模拟结果表明：供油流量增大时油膜的破碎形态由波浪式破碎和轮缘破碎变成穿孔式破碎,这主要是由于喷嘴结构造成的周向扰动对液膜破碎过程产生了较大影响、使液膜破碎长度缩短的缘故.数值计算的喷雾锥角和油膜破碎长度分别与实验测量值和半经验公式计算值符合良好.     

Simulation on spray evaporation processes in Multi-spout bed by modified impinging wall method

Basing on some researchers’ experimental results,the droplet impinging wall model was modified,and We Number and K Number were adopted to determine the mode of droplet impinging wall.The simulation results indicated that the mode of impinging droplet is sticking on the wall in Muti-spout bed.The droplet impinging wall model modified can describe the droplet impinging wall phenomenon accurately in the multistage spouted fluidized flue gas desulfurization reactor.Basing on the study above,the distributions of temperature and relative humidity in the reactor were attained.In atomization region,the distribution of temperature exhibits "M" shape.The relative humidity exhibits"W"shape.The mass concentration of droplet reduces along axis of the reactor.Due to the multi-spouted configuration,droplet concentration increases obviously in the intersection region between the 1st and 2nd stage reaction region.The evaporating intensity reaches its peak value in the area of 200 mm away from the sprayer,and droplets are completely evaporated at 1500 mm.     

Spray Characteristics of Air-Assisted Injector Under Different Ambient Pressures

Spray atomization of liquid fuel plays an important role in droplet evaporation, combustible mixture formation and subsequent combustion process. Well-atomized liquid spray contributes to high fuel efficiency and low pollutant emissions. Gasoline direct injection(GDI) has been recognized as one of the most effective ways to improve fuel atomization. As a special direct injection method, the air-assisted direct injection utilizes high-speed flow of high-pressure air at the injector exit to assist liquid fuel injection and promote spray atomization at a low injection pressure. This injection method has excellent application potential and advantages for high performance and lightweight engines. In this study, the hollow cone spray emerging from an air-assisted injector was studied in a constant volume chamber with the ambient pressures ranging from 5 kPa to 300 kPa. External macro characteristics of spray were obtained using high speed backlit imaging. Phase Doppler particle analyzer(PDPA) was utilized to study the microcosmic spray characteristics. The results show that under the flash boiling condition, the spray will generate a strong flash boiling point which causes the cone shape spray to expand both inwards and outwards. The axisymmetric inward expansion would converge together and form a lathy aggregation area below the nozzle and the axisymmetric outward expansion greatly increases the spray width. The sauter mean diameter (SMD) of flash boiling condition can be reduced to 5 μm compared to the level close to 10 μm in the non-flash boiling condition.     

燃料抛散中液体颗粒尺寸的研究

利用激光散射仪和纹影仪观测了水的抛撒首次破碎和二次破碎中的液体颗粒尺寸,并对水的抛撤二次破碎中的液体颗粒尺寸进行了数值模拟计算。实验观测表明：水的抛撒二次破碎中,在固定位置测量到的云雾区液体颗粒Sauter平均直径随测量时间的增加呈现出减小的趋势;而云雾区的宽度随着抛散中心和距离增大而呈现出增加的趋势;云雾区前缘的液体颗粒Sauter平均直径则随着与抛撒中心的距离增大而呈现出先逐渐增大然后迅速减小的趋势,这与数值模拟计算结果基本一致;水的抛散首次破碎过程中,液体颗粒尺寸达到厘米数量级。