基于燃料特性影响的喷雾特性研究

为了研究燃料特性对喷雾特性的影响,试验配置了四种掺混不同含氧燃料的柴油,在环境背压为5 MPa,喷射压力分别为90 MPa、120 MPa和150 MPa的条件下,通过喷雾可视化装置对四种试验燃料的宏观和微观喷雾特性进行了研究。结果表明,在一定的喷射压力条件下,喷雾贯穿距离（STP）随着运动粘度、密度和汽化潜热的降低而减小,平均喷雾锥角（ASA）随着运动粘度和汽化潜热的降低而略有增大。喷雾贯穿距离和喷雾面积均随着喷射压力的升高而升高,喷雾锥角随着喷射压力的升高而略有下降,索特平均直径（SMD）也随着喷射压力的升高而下降。综合评价来看柴油掺混20%的2,5-二甲基呋喃（2,5-DMF）且在150 MPa喷射压力下的喷雾特性表现最好。     

缸内直喷汽油机的喷雾模拟

在定容弹内测量了某直列4缸均质缸内直喷汽油机不同时刻的喷雾油束形状和喷油器附近位置的喷雾液滴直径及速度分布,并在CFD模型中进行了喷雾的标定.分析了原机缸内喷雾、混合情况.研究了喷雾锥角、喷孔布置对缸内混合气均匀性的影响,论述了在低转速、部分负荷时加进气翻板的作用.结果表明,调整喷雾锥角、喷孔布置方式可以改善直喷汽油机缸内空燃比分布的均匀性;采用进气翻板可以提高发动机低转速部分负荷时缸内的滚流比及紊流强度,从而改善缸内混合气质量及加快缸内燃烧速度.     

转子发动机喷雾特性试验研究

利用定容弹、纹影仪以及高速相机等装置,就柴油转子发动机工况下的喷雾过程进行了试验研究,重点分析了喷雾环境背压和喷射压力对喷雾特性的影响。结果表明:在转子发动机喷雾过程中,喷雾扩散速度先快速增大后逐渐减小;喷雾锥角在初次雾化阶段内急剧减小,然后在二次雾化作用下保持相对稳定。喷雾环境背压的增大,有效减小了喷雾贯穿距离,增大了喷雾锥角,说明喷雾环境背压的增大对喷雾贯穿距离和锥角都有显著的影响,从而为转子发动机喷油正时的优化提供了试验数据支持;随着喷射压力提高,喷雾贯穿距离和喷雾锥角都增大,并且增大喷射压力加强了燃油的初次雾化和二次雾化,有利于提高转子发动机喷雾质量,为优化柴油转子发动机油气混合状态创造了条件。     

柴油机喷雾碰壁的探讨

本文介绍柴油机喷雾碰壁的特性、影响因素和喷雾碰壁对柴油机燃烧过程的影响及其应用。     

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。     

背景气密度对GDI喷雾特性的影响

在一定容燃烧弹中,采用3种不同的背景气体(He、N_2、CO_2),通过高速摄影技术,研究了非闪沸条件下背景气密度和燃油温度对某5孔GDI喷油器喷雾特性的影响。结果表明:背景气密度是影响喷雾坍塌的关键因素。随着背景气密度的增加,坍塌程度呈现先增强后稳定的趋势,转折点位于4 kg·m~(-3)左右。当背景气密度低于4 kg·m~(-3)时,增大背景气密度,单个油束宽度的增加使得喷雾各个油束之间的间隙减小,阻碍外部气体进入内部平衡低压区,喷雾内外压差增大,导致坍塌程度增强;当背景气密度高于4 kg·m~(-3)时,喷雾各油束之间的间隙消失,喷雾内外的气体交换被阻断,喷雾内外压差趋于稳定,导致坍塌程度趋于稳定。燃油温度的改变对喷雾宽度的影响较小。     

可视化定容系统的开发

设计并加工完成了一套可视化燃油喷射系统,该系统可对定容器内气体压力、温度等关键因素进行闭环控制.利用该系统.通过改变不同喷射压力、喷射背压等边界条件,对比研究了燃油喷雾贯穿距离、喷雾角度等特性.结果表明,在高共轨压力下柴油喷雾贯穿距离随背压增大而减小,喷雾锥角随背压增大而增大;而高背压情况下,喷雾贯穿距离随轨压升高而增...     

多次喷射喷雾脉宽与控制信号脉宽对应关系研究

供油系统电磁延迟和液力延迟导致实际喷射脉宽与控制信号脉宽之间存在差异.利用由喷雾图像获取的喷雾脉宽作为实际喷射脉宽,对喷雾脉宽与控制信号脉宽之间对应关系进行研究.研究结果表明:单次喷射喷雾脉宽大于控制信号脉宽,且脉宽差量随着喷射压力增大而缩小,与背景气体密度基本无关;多次喷射喷雾脉宽大于控制信号脉宽,且脉宽差随着喷射压力增大而缩小;两次喷射喷雾间隔小于控制信号喷射间隔,且喷射间隔差在不同压力、预喷油量、控制信号间隔下保持不变;燃油融合现象发生的实际临界喷射间隔时间小于由喷油规律所获取的临界喷射间隔时间.本研究提出了利用喷雾对供油系统喷射脉宽进行研究的新思路,并为多次喷射控制策略的优化提供指导.     

生物柴油和柴油直喷喷雾特性试验研究

应用单孔喷油器结合高速摄影技术研究了B5生物柴油和京标-10号柴油在不同喷油压力、环境温度和燃油温度条件下的喷雾特性,喷雾参数包括喷雾形态、喷雾贯穿距、喷雾贯穿速度和喷雾锥角.结果表明:两种燃油的喷雾贯穿距随时间几乎呈线性变化,喷射初期喷雾贯穿速度较大,且随着喷油压力的增加喷雾贯穿速度增加;随着时间的推移(油束的发展),喷雾贯穿速度逐渐下降,且较高的喷油压力下,喷雾贯穿速度下降趋势更加明显;在喷油压力和燃油温度相同时,随着环境温度从25℃升高到350℃,喷雾过程中的最大喷雾贯穿速度更大,且120 M Pa喷油压力下,最大喷雾贯穿速度可达400 m/s.在相同条件下,B5生物柴油油束蒸发持续时间较京标-10号柴油更长,表明生物柴油的加入使得B5生物柴油的沸点升高,相同温度下蒸发能力变差.比较相同条件下B5生物柴油和京标-10号柴油喷雾锥角,京标-10号柴油的喷雾锥角略大,这是由于京标-10号柴油黏度较小,液滴间作用力小,使得喷雾锥角增大.     

柴油机多片碰撞喷雾的图像处理

进行了柴油机多片碰撞喷雾可视化的试验研究,并应用基于MATLAB工具箱而开发的数字图像处理程序对试验结果进行分析.结果表明,应用该程序可得到较清晰的喷雾二值图像,便于提取喷雾贯穿距、扩散角和扩散范围等信息,说明该程序是柴油机喷雾可视化研究的有效辅助手段.     

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.     

闪急沸腾喷雾研究的现状与展望

阐述了闪急沸腾喷雾的基本原理,通过比较分析闪急沸腾喷雾与传统喷雾的差异,指出闪急沸腾喷雾是一种极具潜力的燃油喷射方式;论述了近年来国内外对过热燃油和溶气燃油闪急沸腾喷雾研究的进展与现状,介绍了过热液体闪急沸腾喷雾的数学模型及其发展,并从理论上分析了影响闪急沸腾喷雾的因素;展望了闪急沸腾喷雾的应用前景以及进一步研究的发展方向。     

Phenomenological two-phase multi-zone combustion model for direct-injection diesel engines

This paper proposed a quasi-dimensional combustion model from a new observed two-phase penetration and combustion phenomenon in diesel spray. In the model, fuel spray was divided into two of liquid and gas phase areas. Considering the phenomenon that separation of gas and liquid phase in diesel spray occurs during spray penetration, gas and liquid area of spray are discretized respectively. Liquid phase areas play important role in fuel mass transport, however gas phase areas are the main region for fuel combustion in the model. Fuel and air mixing rate of gas phase zone is the key for the calculation of combustion rate. Validation experiments are designed by using optimal Latin hypercube design method. Comparison of calculations and experiments show that the model is able to predict diesel engine performance at different engine speeds, loads, and injection pressure and timing, and provides guidance for the design of engines.     

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.     

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.     

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。     

直喷汽油机中乙醇汽油宏观喷雾特性的试验研究

采用高速摄像技术在定容弹内对直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性进行了试验研究,以揭示喷油压力、环境压力对乙醇-汽油不同掺混比燃料的喷雾锥角、前锋面速度和喷雾投影面积的影响。结果表明,随着喷油压力的增大,喷雾锥角、前锋面速度和喷雾投影面积均增大;随着环境压力的增大,喷雾锥角增大,前锋面速度和喷雾投影面积减小。     

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.     

油束雾化形成机理分析

应用数字粒子图像测速技术对燃油喷雾进行了深入的研究。以可视化的测试结果为依据,提出了对燃油破碎雾化过程认识的新观点,即在喷射纵向上,把燃油雾化破碎分为初始破碎区和细化破碎区2个部分;在喷射横向上分为雾化核心区、过渡区和边缘区3个部分。研究发现燃油破碎的整个过程中出现了油团、油线、油云聚集体等燃油破碎单元。结合测试结果对上述燃油破碎单元的出现、发展和转变过程进行了深入分析。结果表明:油束雾化是一个连续渐变多状态混合叠加的过程。