汽油喷雾碰壁和油膜形成的可视化试验与数值模拟

进气道喷射汽油机混合气形成对燃烧和排放起着重要的作用。为了研究汽油喷雾碰壁过程,利用定容燃烧弹进行了汽油喷雾碰壁直接高速摄影,研究了不同倾斜角度壁面、不同壁面粗糙度和碰壁距离等对喷雾碰壁和油膜形成的影响。在此基础上,利用CFD软件建立了定容燃烧弹内汽油喷雾碰壁和油膜形成过程的三维数值模型。测量了定容燃烧弹内的压力,并与理论值进行了对比分析。研究结果为汽油机进气道喷射系统的设计提供了参考。     

低比例甲醇汽油的油膜动态特性研究

在某发动机台架上进行了低比例甲醇汽油油膜动态特性试验，研究了不同工况下 M10甲醇汽油的油膜特性和甲醇比例对甲醇汽油油膜特性的影响。结果表明：发动机转速对甲醇汽油燃油沉积比例系数 X 和油膜蒸发时间常数τ的影响较小；冷却水温度对甲醇汽油的油膜蒸发时间常数τ的影响最大；同种工况下，甲醇比例在5％～15％之间时甲醇汽油的燃油沉积比例系数 X 达到最小；甲醇汽油比纯汽油更容易挥发，当甲醇比例低于10％时，甲醇汽油油膜蒸发时间常数随着甲醇比例的增加显著减小，但是当甲醇比例超过15％时，随着甲醇比例的增加，油膜蒸发时间常数变大。     

燃油喷射压力对缸内直喷汽油机喷雾特性的影响

燃油喷射压力对混合气形成有直接影响,提高喷射压力可进一步降低直喷汽油机微粒排放。使用STAR-CD软件分别建立定容弹和发动机缸内喷雾计算模型,利用喷雾特性可视化试验进行喷雾模型有效性验证,其后分析了燃油喷射压力对喷雾贯穿距、索特平均直径等基本特性参数的影响,研究了燃油喷射压力对缸内混合气形成的影响。结果表明提高燃油喷射压力可有效促进燃油的雾化蒸发,加快混合气形成,提高混合气分布均匀性。     

汽油高压旋流喷雾的数值模拟和试验研究

建立了GDI的汽油喷雾和混合气形成的数值模型，对不同喷油压力、燃烧室背压对静态喷雾的影响做了数值模拟，并利用CCD相机在定容燃烧弹中对GDI发动机高压旋流喷油器产生的喷雾作了高速摄影，通过与模拟计算结果的对比，分析了汽油高压旋流喷雾的发展过程。     

甲醇-汽油复合喷射发动机燃烧排放性能研究

为了研究不同比例甲醇和汽油混合燃料对发动机燃烧排放性能的影响,对1台1.4 L缸内直喷发动机加装了进气道喷射系统,改造为甲醇进气道喷射(MPI)+汽油缸内直喷(GDI)发动机,运用CFD技术建立该发动机模型,对不同甲醇热值替代比下的缸内混合气形成、燃烧和排放特性进行了研究。研究结果表明:在混合气形成方面,随着甲醇替代比的提高,缸内温度逐渐下降(但在点火时刻缸内温度下降趋势减缓),未蒸发燃料质量迅速增加。在缸内燃烧方面,提高甲醇替代比能够有效地加速缸内燃烧过程,提高缸内峰值缸压和峰值放热率,缩短滞燃期和燃烧持续期,使燃烧重心提前,但较高甲醇替代比下加速燃烧过程趋势减缓。在排放物生成方面,随着甲醇替代比的提高,NO_x排放逐渐增加,CO总排放量降低,但峰值CO量却呈现先增后减趋势,THC排放逐渐增加,其中大部分为未燃甲醇。     

二次喷射对直喷增压小排量汽油机影响的数值模拟

采用经试验验证的喷雾和燃烧模型,对一款小排量增压直喷汽油机进行数值模拟,研究二次喷射(不同喷油时刻和喷油比例)对发动机的油膜形成和混合气均匀性的影响。结果表明,在低速全负荷工况下,该款发动机存在一组最佳喷油参数:第一次喷射开始时刻为60°CA ATDC,第二次喷射结束时刻为170°CA ATDC,第二次喷射燃油比例为30%。     

单段与两段喷射均质直喷汽油机混合气形成研究

针对某均质缸内直喷汽油机低速时燃油湿壁问题,用定容弹试验对喷雾模型进行标定,同时使用FIRE 软件对单段和两段喷油策略的混合气形成过程进行数值模拟研究.结果表明,转速为2000 r/min的全负荷工况下,单段喷油时燃油湿壁现象较为严重,而采用两段喷油可明显改善燃油碰壁情况,且点火时刻缸内混合气均匀性也得到改善;第2段喷油结束时刻越晚,燃油碰壁量越小,混合气浓度分布均匀性越差.     

应对实际行驶污染物排放工况的汽油机直喷系统的演变

为进一步保护环境,降低汽车尾气排放对地区环境的影响,必须持续改进汽油发动机的排放性能。在实际行驶工况中,需要重点控制发动机瞬态工况、燃油喷射差异、进气量和气缸壁温。发动机控制策略对降低排放的优化空间有限,需要通过形成良好的燃油喷雾来改善燃烧环境,从而降低排放。优化喷雾的目的是让气缸湿壁最小化,以及在发生湿壁时让油膜快速蒸发和扩散。提高喷雾均匀性对优化喷雾至关重要。最初认为,提高喷射压力可以达到优化喷雾和提高喷雾均匀性目的,即提高喷射压力可以提高扩散速度和降低贯穿距,从而减少湿壁,改善混合气形成,同时避免喷射压力过高带来的摩擦损失增加。本研究表明,优化喷油器喷嘴可以提高喷雾扩散性和均匀性,从而有效减少壁面燃油附着,避免因喷射压力过高带来的摩擦损失的增加。     

ROTAX912冷起动喷雾CFD模拟与分析

随着缸内直喷技术的发展,CFD分析软件在缸内直喷发动机模拟分析中得到了充分利用。直喷发动机缸内混合气形成过程的三维CFD分析对直喷燃烧室设计和喷油策略起到了重要作用。其中,喷油时刻和喷射位置对混合气分布的影响较大。经过对某四冲程活塞发动机的喷雾模拟,得到了较合适的喷油时刻和喷油位置。另外,模拟结果显示多次喷射比单次喷射有更好的混合气分布。     

点燃式CNG发动机燃烧过程研究

利用混合气形成和燃烧三维模型建立了针对CA6SE1—21N增压点燃式CNG发动机的数值模拟研究平台,并对模型进行了试验验证,同时研究了该发动机混合气形成和燃烧的缸内微观变化历程。验证结果表明,CNG发动机混合气形成及燃烧过程的数值模拟结果和试验结果吻合较好,所选模型适合对CNG发动机进行模拟分析。模拟结果表明,缸内混合气形成可分为大幅度掺混和弱流动混合两个阶段;采用螺旋进气道与平缸盖时,在压缩后期逐渐形成强涡流、低滚流的刚性涡;点火时刻缸内混合气呈上稀下浓的分布,不利于提高点火稳定性和火焰传播速度。     

柴油机均质混合气制备过程的数值模拟

针对复合式进排气系统燃油喷射混合新技术,对均质压燃(HCCI)柴油机的均质混合气制备过程进行了数值分析。建立了研究对象的物理模型和空气—燃油雾化混合的数学模型,对HCCI柴油机混合气形成过程特点与相关参数进行了详细的数值计算,并对复合式进排气系统内柴油喷雾蒸发和混合气形成过程以及影响因素进行了分析。数值研究表明,提出的复合进排气系统燃油喷射混合气制备技术能有效形成较均匀的预混合气,对进一步开发HCCI柴油机具有指导意义。     

缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾特性试验研究

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性,建立了定容喷雾试验装置,对不同环境压力和不同喷油压力条件下的自由喷雾和碰壁喷雾过程进行了拍摄,分析了壁面距离和壁面倾角对喷雾特性的影响。研究发现:多孔喷油器与传统的旋流式喷油器的喷雾特性存在较大差异。多孔喷油器的喷雾锥角受环境压力影响较小;随着环境背压的增大,贯穿距离和喷雾锥角呈现先增大后减小的特点;喷雾锥角随着喷射压力的提高略有增加。在碰壁喷雾发展过程中,不同环境压力下喷雾油束与壁面接触面积接近;随着壁面距离的增加,碰壁喷雾高度递减,碰壁后的喷雾高度存在波动;随着壁面倾角的增大,碰壁喷雾高度和增大。在壁面倾角的增大过程中,影响碰壁喷雾半径的因素较多,呈现出较复杂的变化规律。以上研究为多孔喷油器的设计及其与燃烧室的匹配提供了理论依据。     

Two-dimensional laser induced fluorescence measurement of spray and OH radicals of LPG in constant volume chamber

It is recognized that alternative fuels such as liquid petroleum gas (LPG) have less polluting combustion characteristics than diesel fuel. In this study, LPG was injected into a high pressure and temperature chamber to reproduce the stratification processes in an engine. The spray images were taken by the use of a PLIF method with Nd:YAG laser to analyze their penetration and evaporation characteristics. Also the characteristics of combustion were investigated by simultaneous visualization of OH radical and flames.The results show that the mixture moves along the impingement wall that reproduced the piston bowl and reaches the ignition spark plug. Also, OH fluorescence rises sharply and then decreases gradually when the combustion is carried out actively.     

Effects of diesel fuel characteristics on spray and combustion in a diesel engine

Fuel properties play a dominant role in the spray, mixture formation and combustion process, and are a key to emission control and efficiency optimization. This paper deals with the influence of the fuel properties on the spray and combustion characteristics in a high-pressure and temperature chamber. Light diesel fuel spray and combustion images were taken by using a high-speed video camera and analyzed by their penetration and evaporation characteristics in comparison with current diesel fuel. Then, a single-cylinder DI engine was used to investigate combustion and exhaust characteristics. The mixture formation of the light diesel fuel is faster than that of the current fuel depending on physical properties like boiling point, density, viscosity and surface tension. Engine test results show that smoke is reduced without an increase in other emissions.     

一款1.5L缸内直喷汽油机的燃烧系统设计

基于进气道三维流场测试装置、定容弹喷雾试验台和光学单缸机测试系统组成的缸内直喷汽油机燃烧系统可视化开发平台,开发设计了满足设计要求的高性能进气道,并匹配了缸盖燃烧室和活塞,有助于缸内混合气的形成,提高燃烧速率;综合考虑排放与机油稀释量的基础上,优化设计了喷雾靶点。对所设计的燃烧系统进行了光学单缸机试验和热力学多缸机试验验证。结果表明,进气道和燃烧室组织引导的气流在缸内形成高滚流,对喷雾油束有强烈的弯卷作用,极大促进了均质混合气的形成,并减小喷雾碰壁的风险;喷雾靶点的合理设计有效避免喷雾油束与壁面的碰撞,减少了机油稀释率和起燃工况HC排放;所设计的燃烧系统搭载1.5TGDI发动机实现了80kW/L、最大扭矩250N·m、排放较低的性能指标。     

基于仿真的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发与改进

以某款采用均质混合气燃烧模式的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发为例,介绍了CFD技术在喷雾模拟中的应用.首先对喷油器的喷雾模型进行试验标定,然后将标定好的模型应用到缸内瞬态流动和喷雾仿真中.对最大转矩点(1 800r/min)和额定功率点(5 500r/min)两种工况下的缸内流场、混合气形成过程和点火时刻的浓度分布进行详...     

柴油机高压及微孔径下燃油雾化特性的数值研究(Ⅰ)——模型参数的选取

为了更精确模拟燃油雾化过程,探求适合超高压及微孔径下的燃油雾化模型,向计算流体力学平台KI-VA-3V中加入了大涡模拟程序及相应的雾化模型,数值研究了在超高压和微孔径条件下不同雾化参数对燃油雾化蒸发过程的影响.结果显示,破碎时间常数B1值对液相和蒸气相浓度有着重要影响,且对不同的湍流模型影响程度不同;随着B1的增加,喷...     

Numerical modeling of hollow-cone fuel atomization,vaporization and wall impingement processes under high ambient temperatures

In the following paper, a numerical study of the atomization, vaporization and wall impingement processes of hollow-cone fuel spray from high-pressure swirl injectors under various ambient temperature conditions was carried out. Also, the availability of applied models and the effect of ambient temperature on spray characteristics is discussed. The Linearized Instability Sheet Atomization (LISA) model combined with the Aerodynamically Progressed Taylor Analogy Breakup (APTAB) model, the improved Abramzon model and the Gosman model are used to calculate the atomization, vaporization and wall impingement processes of hollow-cone fuel spray, respectively. Spray models are implemented with the modified KIVA code. The calculation results of the spray characteristics under two ambient temperatures, including spray tip penetration, spray structure and radial distance after spray-wall impingement are compared to the experimental results obtained by the Laser Induced Exciplex Fluorescence (LIEF) technique. The droplet size distribution, ambient gas velocity field, vapor phase distribution and fuel film mass generated by spray-wall impingement, measurements which are generally difficult to obtain by experimental methods, are also calculated and discussed. Quantitative discussions on the effect of the ambient temperature on the spray development process are conducted. It is shown that the applied models are applicable even in the high ambient temperature condition.     

均质缸内直喷汽油机混合气形成过程的数值分析

针对某缸内直喷汽油机进行了喷油器喷嘴内部流场的多相流仿真分析,并将其结果作为初始条件输入到喷射模型中.将校定后喷射模型集成到缸内混合气动态分析模型,进而对发动机的缸内燃油与空气混合过程进行了欧拉--拉格朗日仿真分析.通过比较两款不同喷束的喷油器发现:缸内混合气的均匀度对于喷束布置较为敏感,比较宽广的喷束布置方案易于得到更加均匀的混合气.