柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性试验研究

在高压共轨燃油喷雾试验台上对正丁醇体积掺混比分别为0%,5%,10%和20%的柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性进行了研究。结果表明:在相同共轨压力下,随着背压的增加,喷雾锥角增大,喷雾贯穿距减小;在相同背压下,随着共轨压力的增加,喷雾贯穿距和喷雾锥角均逐渐增大,但当共轨压力增大到110 MPa时,二者不再增大;在相同背压和相同共轨压力下,喷雾贯穿距和喷雾锥角随着正丁醇比例的增加逐渐增大,说明在柴油中混合一定比例的正丁醇可以提高燃料的雾化质量。     

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。     

松油与柴油宏观喷雾特性的对比试验研究

利用高速摄影技术对松油与柴油在不同试验工况下的喷雾锥角、贯穿距离和油束面积进行对比。结果表明:两种燃料的喷雾特性接近,喷雾锥角随喷油压力和背压的升高而变大,且背压对锥角的影响更为显著;贯穿距离和油束面积随喷油压力的升高而增大,随背压的增加而减小;与喷雾锥角相比,贯穿距离对油束面积的影响更大;相同工况下松油的贯穿距离、喷雾锥角和油束面积均比柴油略大,雾化质量更好。试验结果为松油作为替代燃料的可行性研究提供参考。     

柴油机交叉孔喷嘴自由喷雾特性实验研究EI北大核心CSCD

为探究喷射压力、温度、背压和交叉角对交叉孔喷嘴喷雾性状的影响,基于可视化定容弹系统,利用阴影法,研究了单孔与不同角度交叉孔喷嘴的喷雾特性。结果表明:与单孔喷嘴相比,交叉孔喷嘴的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大,且随着交叉角的增大,差距更加明显;随着喷射压力的提高,交叉孔与单孔喷嘴的喷雾贯穿距的差别减小,交叉角较大的交叉孔喷嘴的喷雾锥角增大;低蒸发温度下,喷射压力对喷雾前期贯穿距的影响较大,随着蒸发温度升高,交叉孔与单孔喷嘴喷雾锥角差距增大,喷雾前期贯穿距差别减小;背压提高后,总的趋势是喷雾贯穿距缩短,而喷雾锥角增大;与单孔喷嘴相比,它对交叉孔喷嘴的喷雾特性影响更大。     

柴油机交叉孔喷嘴自由喷雾特性实验研究

为探究喷射压力、温度、背压和交叉角对交叉孔喷嘴喷雾性状的影响,基于可视化定容弹系统,利用阴影法,研究了单孔与不同角度交叉孔喷嘴的喷雾特性。结果表明:与单孔喷嘴相比,交叉孔喷嘴的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大,且随着交叉角的增大,差距更加明显;随着喷射压力的提高,交叉孔与单孔喷嘴的喷雾贯穿距的差别减小,交叉角较大的交叉孔喷嘴的喷雾锥角增大;低蒸发温度下,喷射压力对喷雾前期贯穿距的影响较大,随着蒸发温度升高,交叉孔与单孔喷嘴喷雾锥角差距增大,喷雾前期贯穿距差别减小;背压提高后,总的趋势是喷雾贯穿距缩短,而喷雾锥角增大;与单孔喷嘴相比,它对交叉孔喷嘴的喷雾特性影响更大。     

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。     

GDI发动机中不同燃料射流特性的试验研究

直喷汽油(GDI)发动机中闪沸喷雾具有促进油气混合的优势，但其发生喷雾坍塌的现象会对燃烧与排放带来不利，并且研究发现喷雾坍塌与单射流行为密切相关。因此，为了减轻喷雾坍塌并充分利用GDI发动机中闪沸喷射的优势，了解闪沸射流行为极其重要。本文选择了由5孔喷油器改造而成的单孔喷油器，选用正己烷与异辛烷燃料，在定容燃烧弹中进行试验研究。所选燃油温度为30到130℃，环境背压为0.2到1 bar。通过分析射流宽度与过热度、成核速率、化学势以及环境背压等不同参数的关系，发现射流宽度与?μ·p_amb^-0.5的相关性达到0.9以上，表明具有较好的相关性，且在近喷口附近射流宽度由相变化学势与环境背压所影响。     

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...     

高喷射压力下GDI喷油器喷雾特性研究

在高压定容容器中,通过白光测试系统来研究GDI喷油器喷雾在高喷射压力35MPa下背压和背温对其喷雾角和喷雾贯穿距离的影响。研究结果表明:在高喷射压力下,喷雾角随着背压的升高而呈现微弱的减小趋势,而随着背温的升高喷雾角的减小趋势比较明显。喷雾的贯穿距离随着背压的升高有明显减小的趋势,随着背温的升高喷雾的贯穿距离也在减小,当背温升高到一定程度时,喷雾贯穿距出现停滞增长现象。当背温和背压都比较高时,喷雾贯穿距在1.0 ms以后会出现加速增长的趋势。     

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.     

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。     

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。     

多孔引燃柴油喷射器瞬态柴油初始喷雾过程模拟计算

采用模拟计算的方法对多孔引燃柴油喷射器瞬态柴油初始喷雾过程进行了研究,并利用纹影试验结果对计算模型进行了验证。研究结果表明,KHRT模型对多孔引燃柴油喷射器柴油初始喷雾的贯穿距和喷雾形状的预测与试验结果均较为吻合;柴油初始喷雾贯穿距随背压升高而减小,随环境温度的升高而增大;索特平均直径随背压的升高而降低,随环境温度的升高而增加;喷雾锥角随背压的升高而增大,随环境温度的升高而减小;因此背压较小,环境温度较低时柴油的引燃可靠性较高。     

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。     

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.     

2-甲基呋喃及其与异辛烷掺混燃料喷雾的微观特性研究

第二代生物燃料2-甲基呋喃(MF)由于其独特的物理化学性质受到学者们的广泛关注,研究MF以及它的掺混燃料在不同条件下的雾化效果也显得尤为重要。利用相位多普勒技术(PDPA),在不同喷射压力、环境温度、环境背压下,研究了MF、异辛烷以及两者等体积掺混燃料MF50喷雾的粒径与速度分布规律。结果表明:测试燃料的喷雾粒径整体分布呈现油束中心大,两端小的对称分布。微粒速度随环境背压的增加而降低,并且在低背压下速度为双峰分布,高背压下则是单峰分布。随着环境背压的增大,异辛烷粒径不断增加,MF粒径先减小再增加。     

正丁醇-柴油混合燃料喷雾特性的模拟研究

根据喷雾可视化试验的结果,利用三维CFD软件建立了正丁醇柴油喷雾的仿真模型,并验证了模型的准确性。利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了喷雾的发展过程,计算了不同掺混比对喷雾贯穿距、液滴索特平均直径、速度场、密度场的影响。结果表明:模拟计算与可视化试验结果基本一致;随着正丁醇掺混比的增加,混合燃料的喷雾贯穿距和索特平均直径均降低,喷雾锥角变大,雾化特性变好。     

车用直喷汽油机喷雾特性研究

利用高速摄影在定容弹内对缸内直喷汽油机多孔喷油器进行喷雾特性试验研究,揭示了直喷高速液体射流的喷雾特性(贯穿距、喷雾锥角)与无量纲数(韦伯数、雷诺数及气液密度比)之间的关系。结果表明,韦伯数和气液密度比对喷雾宏观特性有显著的影响,雷诺数对喷雾特性的影响不明显。     

定容弹内煤制油喷雾及着火特性的可视化研究

煤制油的生产工艺成熟、来源广泛，有利于降低我国对石油进口的依赖。通过定容燃烧弹进行了可视化研究，分析了煤制油在不同环境条件下的喷雾和着火特性。研究结果表明，煤制油喷雾和柴油喷雾在不同工况下均表现出良好的一致性，喷雾发展趋势相同。当环境温度保持500 K不变，随着环境压力由3 MPa提高到6 MPa,煤制油喷雾的贯穿距减小了22.67%,而喷雾锥角增大了46.9%。随着环境温度的提高，大量燃油液滴在破碎后迅速汽化，故喷雾贯穿距和喷雾锥角均表现出明显的降低趋势。在高环境压力下，煤制油的着火时刻提前，火焰浮起长度由38.8 mm缩短至30 mm,并表现出良好的球形火焰形态。与柴油相比，煤制油喷雾的贯穿距较短而锥角较大。在500 K,6 MPa的环境条件下，煤制油和柴油的喷雾贯穿距分别为46.4 mm和49.6 mm,表明煤制油在实际使用时更不容易产生撞壁现象。     

环境背压对多孔式喷油器雾化形态特征影响的数值解析

本文旨在通过数值模拟方法解析缸内直喷汽油机(GDI)多孔喷油器在不同环境背压条件下喷雾的形变特性及其影响机制。首先基于喷油器参数在Converge软件中建立了定容弹喷雾模型,进而根据高速摄影和相位多普勒粒子测试仪(PDPA)的试验结果对模型的喷雾宏观形态、贯穿距以及索特平均直径(SMD)进行了验证,在此基础上对0. 1,0. 5和1MPa环境背压条件下的喷雾形态变化进行了详细研究。研究结果表明:随着背压增加,油束被挤压并向喷油器中心轴线方向收缩,且贯穿距减小;由于油束对容弹内气流的冲击作用使得油束外边缘出现强烈的空气卷吸效应,致使在喷雾油束末端的液滴随气流向上回卷,且背压越高油束末端边界越不清晰;在喷雾压力场及速度场的分析中发现,由于喷雾内部区域压力低于外部,导致外部气流向内部冲击挤压油束,使得喷雾宽度减小,油束间相互作用增强,从而出现喷雾形变。