稳态闪急沸腾喷雾速度分布的试验研究

为探索闪急沸腾喷雾的形成机理，以氟里昂R12为试验液体，采用激光多普勒测速仪(LDA)测量了稳定流动条件下粒子的速度分布。为作比较，还在相同试验条件下测量了传统压力雾化喷雾——柴油喷雾。试验结果表明：闪急沸腾喷雾的径向速度和径向扩散范围远大于传统喷雾，前者速度的空间分布远比后者均匀。闪急沸腾改善雾化的原因在于气相对液体射流的闪急冲击作用。     

MF-汽油掺混燃料直喷喷雾试验研究

电控直喷系统由于其具有良好的燃油经济性、热效率、排放和冷起动性能,广泛应用于SI发动机。目前2-甲基呋喃(MF)被证明是一种优于乙醇的生物质替代燃料,且其与汽油掺混燃料的直喷喷雾特性研究的较少。本文中应用6孔喷油器采用高速纹影技术研究M20,M40和汽油在不同环境背压和燃油温度下的喷雾特性。喷雾参数包括喷雾贯穿距、喷雾锥角和喷雾面积。结果表明,存在闪急沸腾和非闪急沸腾两种喷雾形态。当闪沸发生时,随着MF掺比的增加,喷雾贯穿距增加。随着环境背压的降低,贯穿距先减小后增加。喷雾锥角较未闪沸时增加,喷雾面积随着MF掺比的增加而增加并且与燃油温度呈负相关。当没有发生闪沸时,随着MF掺比的增加,喷雾贯穿距减小。     

柴油掺混二甲醚喷雾粒子尺寸分布特性试验研究

为确定二甲醚掺入柴油后对燃料雾化性能的改善效果,利用阴影成像与数字图像处理技术,对不同掺混比、喷射压力以及喷孔直径等条件下的二甲醚-柴油混合燃料喷雾粒子尺寸分布特性进行了对比试验研究.结果发现:由于柴油中二甲醚的闪急沸腾作用,随着二甲醚掺混比的增加,混合燃料粒子尺寸分布曲线整体向小颗粒方向偏移,较大粒子数目较柴油明显减少,有助于降低发动机炭烟排放;喷孔直径、喷射压力等喷射参数对混合燃料雾化粒子分布有较大影响,减小喷孔直径使燃油粒子更加细化,降低喷射压力则使混合燃料雾化效果有变差的趋势.     

双组分燃油蒸馏及喷雾闪沸特性研究

在较高燃油温度及较低环境背压下,直喷喷雾易发生闪沸。闪沸喷雾具有贯穿距小、易于雾化等优势,能够有效降低发动机排放、提高燃油经济性,在直喷发动机中具有较好应用前景。然而随着涡轮增压的使用,进气压力的提高导致喷雾较难达到闪沸状态。针对这种现象,在研究混合燃油蒸馏特性后提出了通过向高沸点燃油中添加低沸点燃油的方式来促进喷雾的闪沸。试验燃料为一系列不同比例低沸点燃油(异戊烷)与高沸点燃油(正十一烷)组成的混合燃油,通过蒸馏测试探究了不同组分燃料的蒸馏特性;通过在定容弹内拍摄不同燃油温度、环境背压下的燃油喷雾的米氏散射图,研究了混合燃油形态变化规律。结果表明,不同于单一油品仅在沸点时沸腾产生馏出物,混合燃油是在一定的温度范围内均会沸腾产生蒸馏物,表现为3段式蒸馏曲线;混合燃油蒸馏前期大部分馏出物为低沸点燃油,表明混合燃油受热时,低沸点燃油会优先蒸发;对喷雾宏观形态的测量结果表明,向高沸点燃料中添加低沸点燃油能够使喷雾在高背压下达到闪沸状态,且40%体积分数是最佳的添加量;另外,油温越高添加低沸点燃油对喷雾闪沸的促进效果越好。     

柴油喷雾与LPG/柴油混合喷雾的对比研究

以ZH1105W柴油机为模型,采用Jaynes等人提出的雾化液滴尺寸和速度联合数目分布函数,对柴油喷雾和LPG/柴油混合喷雾的燃料液滴尺寸和速度数目分布进行了对比研究;采用液滴蒸发和碰撞模型对液滴尺寸理论数目分布与试验结果进行了对比研究。液滴尺寸和速度联合数目分布的研究结果表明,随着液体喷射速度的增大,液滴尺寸数目分布曲线向小颗粒偏移。随着液滴尺寸的增大,较大颗粒的液滴速度数目分布曲线的峰值先明显增大,到达中等尺寸后又明显减小。由于LPG/柴油混合燃料的闪急沸腾喷雾对燃料液滴具有突爆的加速作用,L30速度分布曲线的峰值速度比柴油的明显增大。累积的液滴尺寸分布和速度数目分布研究表明,由于混合燃料的闪急沸腾喷雾,L30尺寸数目分布曲线峰值相对于柴油向小颗粒方向偏移,L30的峰值大于柴油的峰值。说明L30喷雾所产生的小颗粒液滴多于柴油,雾化质量提高,碳烟排放得以大幅度降低。L30速度分布曲线的峰值比柴油略小一些,且略微向大速度方向偏移。说明与柴油相比,L30燃料较大速度液滴的数目略有增加。液滴蒸发和碰撞模型对于石油液体燃料的研究是可行的,对于液化气体燃料与石油液体燃料的混合燃料的研究,模型还有待于进一步改进。     

喷嘴孔数及其布置对汽油直喷喷嘴闪沸喷雾-环境气体相互作用影响的研究

为了区分火花塞点火式缸内直喷(SIDI)发动机喷雾和环境气体两相流场,将优化后的高速双色PIV(Particle Image Velocimetry)技术应用于多孔直喷喷油器的喷雾和环境气体速度的测试.此双色PIV系统由一个特殊的示踪和滤波系统组成,可同时对燃油喷雾及其环境气体的速度场进行测量.本研究采用该双色PIV方法研究不同环境压力和燃油温度的条件下,喷嘴孔数及其布置情况对燃油喷雾和环境气体的相互作用的影响.在此研究中,对3个汽油直喷喷嘴做了详细的研究,包括1个6孔喷嘴,1个3孔喷嘴及1个2孔喷嘴.研究结果表明,随着燃油温度的提高或者环境气体压力的降低,喷雾雾化增强,燃油颗粒粒径减小,导致喷雾油束变宽,喷雾与环境气体接触面积变大,喷雾和环境气体的两相流场的作用变强.不同孔数和布置的喷油器在冷态及闪沸条件下油束间干扰作用的强度不同,导致喷雾传递给环境气体的动能不同.较强的油束间的干扰作用加强了燃油喷雾与环境气体之间的动量交换过程,进而增强了环境气体的动能.     

荷电改善燃油雾化的实验研究

将静电技术应用于燃油喷雾燃料，目的是研制一种全新的燃油燃烧技术－荷电喷雾燃烧，对这一燃烧方式进行冷态荷电喷雾实验研究，在实验研究过程中研制了燃油荷电装置，荷质比测定装置和燃油雾滴的捕集液，准确地进行了荷质比，雾滴粒径的测量。并首次对PIV技术应用于荷电喷雾的实验研究，实验研究结果表明：在相同条件下，燃油荷电后将使雾滴粒径有较大幅度的降低，喷雾流场变得均匀，松散、贯穿距减小。     

KIVA燃油喷雾多维模型的研究

KIVA程序是一功能比较齐全的内燃机缸内过程模拟数值计算的大型程序，它代表了目前多维模型的最新进展。本文论述了KIVA程序中喷雾模型的发展历程和进展，最后指出了燃油喷雾多维模型研究的发展趋向。     

燃油喷射雾化研究方法的现状及发展

本文就燃油喷射雾化的数值模拟计算和喷雾场测量两个方面，阐述了燃油喷射雾化研究的方法，介绍了冷冻法、摄影法、激光多普勒技术、激光全息法、激光阴影法等方法的原理、优点和不足，并指出了喷雾测试技术的发展前景。     

柴油机高压及微孔径下燃油雾化特性的数值研究(Ⅱ)——湍流模型对燃烧的影响

为了有效模拟燃油燃烧过程,向计算流体力学平台KIVA-3V中加入了大涡模拟程序,同时耦合了化学反应动力学软件Chemkin,建立了喷雾燃烧过程的大涡模拟燃烧平台。研究了在高压和微孔径条件下两种湍流模型对燃油雾化燃烧过程的影响,同时对1台Caterpillar 3401重型柴油发动机缸内燃油喷雾燃烧过程进行了数值研究。结果显示,大涡模拟得到的燃油的燃烧过程与试验结果较为接近,燃烧温度分布及缸内压力变化趋势都要好于雷诺平均模型。     

Modeling on atomization and vaporization process in flash boiling spray

This paper presents the model analysis on atomization and vaporization processes in a flash boiling spray based on experimental results obtained from an injection system in the suction manifold of a gasoline engine. Two kinds of liquid fuel, n-Pentane and n-Hexane, are injected into quiescent gaseous atmosphere at room-temperature with low pressure through a pintle type injector. Fuel spray is observed, by taking photographs, with variation of the ambient back pressure. Then, in the flash boiling spray region where the back pressure was below the saturated vapor pressure of fuel, the bubble nucleation process due to flash boiling was modeled by both experimental results and the nucleation rate equation as a parameter of the pressure difference between back pressure and vapor pressure. Further, the fuel vaporization process was assessed by considering growth calculation of cavitation bubbles and fuel evaporation from the film surface due to heat transfer at the gas-liquid interface. Accordingly, we could estimate quantitatively the transient changes in the bubble growth and the vapor mass fraction inside the spray for each back pressure condition.     

Measurement of fuel vapor concentration in flash boiling spray by infrared extinction/scattering technique

The MPI (multi-point injection) technique is widely used for gasoline engines due to its high responsiveness and high controllability. The pressure in the intake manifold becomes lower than the saturated vapor pressure of some components of gasoline in some operating conditions, and this causes the flash boiling phenomenon of the components. This phenomenon has great influence on spray atomization and vapor formation.In this study, the distribution of fuel vapor concentration of n-pentane was observed by applying the Infrared Extinction/Scattering method. The fuel vapor concentration can be calculated from the intensities of transmitted infrared light, under various spray conditions including the flash boiling spray.     

不同喷射工况下的GDI喷雾模拟标定研究

准确模拟喷雾是提高缸内模拟准确性的关键,为了使模拟喷雾与试验喷雾更加一致,需要根据试验喷雾贯穿距及粒径对模拟喷雾进行标定。使用AVL FIRE软件建立定容弹及喷雾数值模型,对处于不同喷射工况(喷射压力、环境压力、油温)下的喷雾进行数值模拟,根据试验喷雾的贯穿距及喷嘴下方30 mm平面处SMD对模拟喷雾进行标定,并对不同喷射工况的标定参数选择进行探讨。结果表明:为了同时满足贯穿距和粒径的标定要求,需要根据工况参数对标定参数进行调整;对于本研究中的GDI喷油器,喷射压力10 MPa时使用KH-RT模型的模拟结果与试验值匹配较好,5 MPa时使用Huh-Gosman模型匹配更好;在喷射压力、环境压力和环境温度相同的条件下,高油温和低油温工况可以用同一套参数满足标定要求。     

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.     

高压共轨燃油喷雾特性的试验研究与模型修正

利用高速闪光摄像技术建立了燃油喷雾特性试验台架,在不同喷射压力(80 MPa,102 MPa,130 MPa)和不同喷射背压(2 MPa,3 MPa)下对高压共轨电控喷油器的燃油瞬态喷雾特性进行了研究,并用Matlab编程对喷雾图像进行了处理,测量了不同工况下油束的贯穿度和锥角。通过试验数据,利用最小二乘非线性曲线拟合方法对高压喷射油束模型进行了修正,模型计算结果与试验结果基本吻合,表明修正后的油束模型能更好地预测高压喷射时的油束贯穿度和锥角。