真实喷嘴结构对燃油喷雾和内流特性影响的试验研究进展

主要回顾了柴油机真实喷嘴几何结构尺寸对燃油的喷雾特性和内流特性影响的试验研究结果,着重阐述了喷孔直径、喷孔锥度、喷孔长径比、入口圆角和压力室容积对燃油喷雾和内流动态特性的影响规律。结构参数对喷雾特性的一般规律可以得到,但是研究结果存在不确定性。所以将来此方面的研究必须将单一几何结构参数对喷雾的影响规律与其他结构参数的影响有效分离,才能准确揭示结构参数的影响规律;结构参数引入的空穴现象与结构参数本身的影响规律耦合在一起,必须在确定空穴指标的前提下研究结构参数的影响规律;商用喷嘴结构与设计尺寸之间存在不可避免的缺陷,必须采用高精度加工的喷嘴来研究结构参数对喷雾特性的影响规律。     

利用多孔喷油嘴改善燃油喷雾的雾化特性

研究的目的是改善直喷式柴油机喷油嘴的喷雾雾化特性,以获得较大的喷雾角,较短的液核长度,以及较小的液滴直径。在之前的研究中,已经利用单喷孔雾化增强喷油嘴,在相对较低的喷油压力下获得了良好的喷雾雾化特性。在研究中,调查了多喷孔雾化增强喷油嘴的相关特性,目的是改进并得到良好的雾化特性。分析了喷孔数、喷孔直径及喷孔位置等喷油嘴规格对喷雾雾化特性的影响。结果表明,相比单喷孔喷油嘴,利用4喷孔喷油嘴,可使分裂长度缩短约70%,喷雾角扩大约3倍,同时液滴直径极小,从而可获得良好的柴油喷雾雾化特性。     

柴油机喷油嘴内喷射压力对燃油流动的影响

喷油嘴是柴油机最重要的工作部件之一,其性能直接影响柴油机的燃烧过程,故研究喷嘴内柴油的喷射特性以及燃油的喷雾特性是非常有必要的。但是喷油嘴内部空间非常狭小,却有很高的燃油流动速度和喷射压力,要对其进行试验有非常大的难度。文章通过Gambit软件进行喷油嘴几何建模,然后进行合理的网格划分,最后将几何模型导入Fluent软件。通过改变喷射压力,来模拟喷孔内的燃油流动速度、压力分布情况,对其进行分析研究。结果表明:提高喷射压力,使喷孔内部燃油的流速增大。     

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.     

多因素匹配降低生物柴油发动机NO_x排放的数值模拟

利用CFD-FIRE软件对1台燃用生物柴油的直喷自然吸气式柴油机建立了喷雾和燃烧计算模型,并进行了模型修正。基于正交试验法进行数值模拟计算,考察了供油提前角、EGR率、喷雾夹角和喷孔直径4个因素对生物柴油发动机NOx排放的影响。通过极差分析与方差分析,确定了因素的主次关系,并对最优化匹配方案进行了预测。研究结果表明,EGR率为影响NOx生成的最显著因素,其次分别为喷孔直径、供油提前角及喷雾夹角。最佳匹配方案:供油提前角为7°CA,EGR率为0.15%,喷雾夹角为150°,喷孔直径为0.27 mm。     

高强化柴油机喷雾射流对缸盖热负荷影响的研究

针对高强化柴油机缸盖鼻梁区热负荷过高的问题,研究了喷雾射流对缸盖热负荷的影响,提出了通过调整喷孔夹角、喷孔位置和喷雾锥角来改变喷雾射流,从热侧控制燃气的对流传热,以降低缸盖热负荷的方法。对高强化柴油机进行缸内燃烧和传热过程等三维仿真的结果表明,高强化柴油机中,喷孔夹角约为155°时对燃烧最有利,且不会显著增加缸盖热负荷;减小喷孔出口突出距离有利于改善燃烧效率,但同时会提高缸盖的热负荷;喷雾锥角增大则不利于缸盖热负荷的改善。     

柴油和生物柴油喷雾特性研究

在喷雾特性实验台上,利用马尔文激光粒度分析仪对定压力下柴油和生物柴油的微观喷雾特性进行了研究,对柴油和生物柴油油滴的索特平均直径、尺寸数目分布、累计体积分布和特征直径进行比较,实验结果表明,在同一喷射压力下,生物柴油油滴的索特平均直径和特征直径均大于柴油的,生物柴油向大颗粒方向偏移,生物柴油的雾化质量比柴油差。     

喷孔数调控活性分层对乙醇-柴油双燃料燃烧的影响

基于1台自然吸气的单缸柴油机,结合缸内三维燃烧仿真计算,研究了不同直喷正时、不同预混比例条件下,直喷喷油器的喷孔数对乙醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,优化直喷喷油器的喷孔数,能影响直喷柴油的缸内分布,调控乙醇-柴油双燃料发动机燃烧过程。减少喷孔数,可以有效降低缸内高活性柴油的分布区域,减少初始着火的位置,从而降低缸内最高燃烧压力和压力升高率,并且可以在炭烟排放保持较低水平的基础上,降低氮氧化物(NO_x)排放。随着乙醇预混比例的增大,喷孔数对燃烧和排放的影响先增大后减小。随着喷油提前角的增大,由于直喷燃油在缸内混合较为均匀,喷孔数的影响作用逐渐减小。     

喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台135柴油机的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过缸内流场分析和浓度分析,研究了喷孔数、喷孔锥角对燃烧过程的影响及对NOx和炭烟生成的影响。结果表明,喷孔数和喷孔锥角影响燃油的喷雾质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成;CFD模拟计算对优化喷油器参数,从而改进燃烧系统具有指导意义。     

超多喷孔喷射对高压共轨柴油机晚喷燃烧特性的影响

为实现柴油机的高效低排放燃烧,研究了在晚喷条件下的超多喷孔喷射对高压共轨柴油机喷雾、燃烧和排放特性的影响。利用KIVA-3V程序,对一台6缸高压共轨柴油机进行三维模拟,并对其进行了试验验证。结果表明:与传统喷油器相比,超多喷孔喷油器上、下层油束的干涉作用使喷雾形态显得分散很多,这有利于雾化和蒸发。采用超多喷孔喷油器后,呈预混燃烧。与传统喷油器方案相比,放热率峰值增大60%,NOx排放增大36%,碳烟生成区域明显减小、峰值下降48%。在保证动力性的前提下,采用超多喷孔喷油器和废气再循环技术、推迟喷油、提高喷射压力,NOx降低64%,碳烟降低46%。因而,这种柴油机能够实现高效清洁预混燃烧。     

Comparison of the Spray and the Spray/Wall Interaction of Two Gasoline Injectors

One important parameter influencing mixture formation and spray/wall interaction within engines is the geometry of the nozzle. In contrast to Diesel nozzles, the influence of the orifice geometry on spray formation has hardly be investigated for gasoline nozzles. In order to demonstrate the potential of adjusting the nozzle geometry of a modern GDI nozzle, we compare two six-hole, high-pressure nozzles with an identical structure, but different rounding radius of the orifice hole-inlet and different orifice hole-geometries: nozzle A with a rounded inlet and an orifice length to diameter ratio of 3/2 and nozzle B with a sharp inlet and an orifice length to diameter ratio of 1. In a first measurement campaign the spray formation is visualized using high-speed shadowgraphy imaging. The results show differences in spray angle and penetration depth. In a second measurement campaign we examine the spray/wall interaction and wall film formation by means of infrared thermography. The thermography measurements indicate that the geometry of nozzle B produces sprays with beneficial characteristics. This is very important for a clean combustion process and a decrease of soot emissions.     

SCR系统尿素喷雾特性影响因素的CFD仿真分析

利用AVL Fire三维商用仿真软件对SCR系统尿素喷雾特性的影响因素进行了模拟计算,考察的因素包括工况、尿素喷射压力、尿素水溶液的温度及喷嘴的安装角度。结果表明:喷雾形态受来流影响较大,喷雾的速度及贯穿距离随排气流量增加,排气流量越小,排气温度(SCR喷嘴处排气温度)越高,越利于喷雾液滴的蒸发和热解;喷射压力对液滴的喷雾形态影响不大,但对NH3的浓度场分布影响较大,喷射压力越高,NH3的生成效率越低;尿素溶液温度对喷雾形态及NH3的转化影响不大;喷嘴安装角增大利于喷雾液滴蒸发和热解。     

燃油系统参数对分层燃烧甲醇发动机性能的影响

针对1130单缸柴油机研究了喷油嘴油线分布、喷油嘴孔数和喷油嘴针阀开启压力对分层燃烧甲醇发动机性能的影响。试验结果表明，燃油系统参数对分层燃烧甲醇发动机的性能有比较明显的影响。     

空化对GDI喷嘴内部流动及喷雾特性的影响

采用两相流非线性空化模型和Huh-Gosman喷雾模型对GDI多孔喷油器喷嘴内部流动和喷雾特性进行模拟。通过流量及喷雾试验对计算模型进行了验证,研究了喷嘴内空化现象对流动及喷雾特性的影响,并从抑制空化、提升流量的角度研究了喷嘴内部流动空化的影响因素及规律。研究结果显示:高压汽油在喷嘴内的流动存在明显的空化现象,空化导致的有效流通面积减小是喷嘴流量减小的原因。针阀升程增加,喷嘴流量先增加较快,后趋于平缓。喷孔的不均匀分布导致各喷孔内的空化状况不同,进而产生流量差异。空化作用也使得喷雾射流在喷孔出口截面的流动参数产生差异,影响喷雾的落点分布和喷雾形态。通过优化喷孔k系数和喷孔入口圆角半径可显著提高喷孔流量。     

Effect of nozzle orifice diameter on diesel spray tip penetration according to various spray models for CFD simulation with widely varying back pressure

CFD simulations of spray tip penetration with the standard KIVA3V, ‘original gas jet’ and ‘Normal gas jet profile with breakup length formula’ (NGJBL) spray models were performed to investigate the effects of nozzle orifice size and ambient gas density combinations on the spray penetration. The accuracy of the CFD simulation results was estimated by comparing them with available experimental data. The ambient gas density was varied in 12 kg/m³ intervals from 12 to 69 kg/m³ for each nozzle orifice diameter. The nozzle orifice diameters used were 119, 140, 183 and 206 mm. A total of 20 cases in the CFD simulations were considered with combinations of the 4 nozzle orifice diameters and 5 ambient gas densities. CFD simulations with the NGJBL spray model were more accurate than those with either the standard KIVA3V or gas jet spray models as the nozzle orifice diameter and ambient gas density was increased. The NGJBL and original gas jet model is more effective in predicting the spray tip penetration near the nozzle tip region.     

高压喷雾仿真中网格精度对喷雾特性的影响

介绍了高喷射压力时不同网格划分的精度对仿真结果中喷雾形态的发展及喷雾贯穿距离以及索特平均直径(SMD)的影响。结果证明,高压喷射情况下,喷油嘴附近的单元尺寸为喷孔直径的5倍~6倍时与试验结果一致,而SMD对网格精度不敏感。     

一种新型三区段喷雾系统及降尘性能研究

为解决隧道爆破粉尘排除难和粉尘质量浓度超标的问题，设计了新型三区段喷雾系统并对其相关参数开展研究。基于自行搭建的喷雾降尘试验平台，分析隧道爆破粉尘样本粒径特征与喷嘴适用性； 利用CFD软件对喷嘴不同布置方式与入射角度进行数值模拟，分析雾滴场中质量浓度、速度和粒径等特征的变化规律； 通过现场应用测试新型喷雾系统降尘性能。研究结果表明： 1）隧道沿程粉尘峰值体积频率向小粒径方向移动，且峰值体积频率不断增大； 2）直径1.9 mm的广角型实心锥形喷嘴对近掌子面处的粉尘抑尘效果更佳，1.2 mm的精细型实心锥形喷嘴适用于小粒径粉尘除尘； 3）随着入射角度的增加，雾滴直接入射区域内质量浓度超过1 g/m3的面积先增加后减小； 4）喷嘴置于顶部、侧部和底部时，最佳入射角度分别为60°、60°和45°。现场应用表明，采用三区段喷雾系统后，各测点位置呼吸尘和全尘降尘效率均高于75％，与原有控尘措施相比，平均降尘效率提高了42.71％，能有效改善洞内施工人员作业环境和阻止隧道内粉尘向外扩散。     

喷油器结构对柴油机性能影响的研究

着重介绍了对某大功率高速柴油机喷油器针阀体结构进行的改进研究,以改善喷油器的喷雾特性以及提高其流量,同时通过柴油机整机性能匹配试验,研究喷油器结构对柴油机整机性能的影响。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。