Simulation and Analysis on the Combustion Chamber of DI Diesel Engines with Spray-wall Impingement

为改善燃烧室内喷雾的空间分布,促进油气更好地混合,设计了一种新的直喷式柴油机撞壁喷雾燃烧室.对不同喷孔夹角在燃烧室内形成的近撞(包括全撞和半撞)及远撞喷雾方式的缸内混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟.结果表明,从燃空比分布来看,半撞喷雾方式混合气最均匀,全撞方式次之,远撞方式最差.至于排放,远撞喷雾方式生成的NO排放最低,而半撞喷雾方式生成的碳烟排放最低.     

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。     

激光诱导荧光法用于内燃机燃烧可视化的研究进展

阐述了激光诱导荧光法用于内燃机可视化的基本原理。结合研究实例中典型的试验装置重点介绍了激光诱导荧光法在内燃机可视化研究中的应用情况,包括燃烧组分和温度场的激光诱导荧光测量、高度挥发性燃料的喷雾与混合气形成的平面激光诱导荧光法测量以及内燃机喷雾中气液两相的复合激光诱导荧光测量。     

柴油机喷雾撞壁的研究

综述了柴油机喷雾撞壁雾化的研究现状和发展 ,对柴油机撞壁雾化的撞壁模型及模拟、喷雾撞壁的特征、壁面温度对撞壁雾化的影响以及液膜的形成和流动等进行了全面的论述 ,介绍了一个燃烧系统设计的新概念 ,并指出了进一步研究的方向     

预防性维护技术之二：汽车的功能流液

汽车的部分总成部件是不折不扣的“水生”系统(Filled-for-Life Systems),其流液(Fluids)具有润滑、冷却及力传递媒介等功能。随着汽车技术的发展及流液性能的提高,汽车功能流液的推荐更换周期呈现出不断延长的趋势。在此,本文简要介绍汽车功能流液的预防性维护策略。     

喷孔形状对喷嘴内流及喷雾特性的影响研究

主要研究了不同喷射压力下喷孔形状对内流及喷雾特性的影响。在可视化试验中,采用了3 种喷孔出口直径一致但喷孔形状不同的比例放大透明喷嘴,分析比较了不同形状喷孔内的空化及喷雾特性。研究发现,在圆柱形和渐扩形喷孔中都有空化发生,而渐缩孔中却没有。在同样的喷射条件下,渐缩孔的流量系数却是最高。研究结果表明空化在孔内溃灭时,会增加流动湍流度,但对喷雾锥角影响较小,当空化发展到喷孔出口并溃灭时,会使得喷雾锥角显著增加。试验中还观察了水力柱塞流现象,推测其产生的原因是边界层分离后回流区的再附着点达到了喷孔出口。结合数值模拟方法,验证了试验结果的分析。     

高压喷射GDI喷孔几何结构对喷孔内流及喷雾特性的影响

采用大涡湍流模拟结合多相流耦合喷雾的方法对GDI喷孔内流和喷雾特性进行了数值研究,着重分析了喷射压力及喷孔结构形状对喷孔出流特性和液滴粒径的影响。结果表明:提高喷射压力有利于增加喷孔出口流速及湍动能,增强燃油破碎;当喷射压力提高到30 MPa之后,进一步提高喷射压力时索特平均直径(SMD)变化不明显,但小粒径占比显著增加;对于变截面喷孔,变截面双曲线喷孔出口处速度和湍动能最大,其SMD最小,小粒径占比最多,有利于喷雾质量提高;与渐缩形喷孔相比,渐扩形喷孔出口处湍动能较大,有利于喷雾初次破碎,然而较多的空泡堵塞喷孔,喷孔出口处流速较低,不利于燃油二次破碎。     

基于LIEF的喷雾数值仿真模型验证

为了进一步探索发动机内部的空气燃料混合特性,基于Converge软件的O’Rourke湍流扩散模型与Frossling蒸发模型建立了喷雾蒸发的数值仿真模型,并使用复合激光诱导荧光(LIEF)技术对相同工况下定容弹内喷雾的液气两相浓度进行了同步测量,以对仿真进行验证。验证结果表明,仿真中的液相贯穿距与试验吻合较好,证明了仿真模型的正确性。仿真结果在气相部分出现了较明显的偏差,通过对模型方程进行分析得知,这是由于仿真模型所使用的Frossling单液滴蒸发模型无法考虑多组分与多相流情况的传质与传热,并针对如何提高模型精度给出了修正建议。     

柴油机伞喷喷嘴内部流动的数值模拟

对柴油机伞喷喷雾及喷嘴内部流动的研究现状进行了分析,利用三维计算流体动力学(CFD)程序对喷嘴内气穴多相流计算模型进行了验证,在此基础上对柴油机伞喷喷嘴内部的流动特性进行了模拟计算分析。结果表明,在伞喷喷嘴喷孔进口处形成不对称的气穴,并逐渐延伸至出口处,从而对燃油雾化产生一定影响。     

基于缸内流动喷雾燃烧CFD仿真的直喷汽油机燃烧系统优化设计

对一款1.0L三缸增压直喷汽油机,建立了燃烧系统CFD仿真模型,并详细描述了换气、喷油器喷雾特性等边界条件的设置。分析了其额定功率点下的缸内瞬态流动、喷雾、混合气形成以及燃烧过程。原设计状态下,点火前缸内湍动能分布以及燃油浓度分布不够合理,火焰传播不对称,存在爆震风险。通过优化设计进气道及活塞冠面,缸内滚流运动及点火前湍动能提升,燃油浓度分布改善,燃烧速度加快约3°CA,同时由于omega涡流降低,排气侧湍动能改善,火焰均匀传播到气缸四周。最终的设计方案下,滚流、湍动能、火花塞周围流场、湿壁、燃油浓度分布以及火焰传播均能满足工程目标。在随后的单缸光学可视化发动机试验中,各工况下的混合气形成、湿壁及燃烧均能满足要求。     

基于可视化装置的柴油机喷雾燃烧过程试验研究

利用喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置,获得了清晰直观的燃烧室内喷雾燃烧过程图片,分析研究了两种燃烧室对喷雾和燃烧过程的影响。结果表明:燃烧室内喷雾贯穿力比涡流和挤流强,喷雾以近似直线形式扩展到凹坑壁后,大部分随涡流方向扩展;火焰首先在靠缩口型燃烧室中心处出现,而圆柱型燃烧室则在靠凹坑上边缘处出现;缩口型燃烧室比圆柱型燃烧室燃烧结束得稍早,燃烧性能更好。     

One-dimensional model on fuel penetration in diesel sprays with gas flow

In diesel engine, spray penetration is usually changed by in-cylinder gas flow. Accurate prediction on diesel spray with gas flow is important to the optimal design of diesel fuel injection system. This paper presents a theory investigation focusing on the penetration of diesel spray with gas flow. In order to understand the effect of gas flow on the penetration of diesel spray, a one-dimensional spray model is developed from an idealized diesel spray, which is able to predict the spray behavior under different gas flow conditions. The ambient gas flow is simplified as ideal flow that has only constant flow velocity along x-axial and y-axial directions of spray. The x-axial and y-axial directions are respectively defined as along and vertical spray directions. The main assumption is that the y-axial direction gas flow has no effect on the penetration of spray along x-axial direction. The principles of conservation of mass and momentum are used in the derivation. Momentum of in-cylinder air flow is also taken into consideration. Validation of the model at stable condition is achieved by comparing model predictions with experimental measurements of diesel spray without gas flow from Naber's experiments. Furthermore, CFD simulations on penetration of diesel spray with gas flow were performed with the commercial code AVL-fire. The onedimensional model is validated by the penetration results with gas flow from CFD calculation. Results show that a reasonable estimation of the spray evolution can be obtained for both with and without ambient gas flow conditions.     

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。     

高温高压条件下柴油的雾化蒸发特性

利用高速摄影和纹影法,在可变温度和压力的定容燃烧弹中,模拟发动机的实际运转工况,进行了不同喷油压力和背景压力条件下柴油的雾化蒸发特性试验研究,得出一系列热态喷雾图像。研究表明：喷油压力越高,雾注总的贯穿距离、锥角和投影面积越大,但液核的最大贯穿距离、锥角和投影面积变化不大,显著蒸发时刻不断提前,气相部分投影面积增大,混合均匀性改善;随着背景压力的升高,气、液相贯穿距离均下降,雾注总的喷雾锥角增大,雾注面积、液核面积减小。     

Investigation on Spray Behavior and NOx Conversion Characteristic of a Secondary Injector for a Lean NOx Trap Catalyst

Lean NOx trap (LNT) catalyst has been used to reduce NOx emissions from diesel engines. The LNT absorbs NOx in lean condition and discharges N2 by reducing NOx in rich conditions. Thus, it is necessary to make exhaust gas lean or rich conditions for controlling LNT system. For making a rich condition, a secondary injector was adopted to inject a diesel fuel into the exhaust pipe. In the case of secondary injector, the behavior of spray is easily affected by high temperature (i.e., 250 ～ 350 °C) occurred in the exhaust manifold. Therefore, it is needed to investigate the spray behavior of diesel fuel injected into an exhaust manifold, as well as the conversion characteristics for a lean NOx trap of a diesel engine with LNT catalyst. The characteristics of exhaust emissions in NEDC (New European Driving Cycle) mode were analyzed and spray behaviors were visualized in various exhaust gas conditions. The results show that as the exhaust gas mass flow increases, the spray cone angle becomes broad and the fuel is directed to the flow field. Besides, the cone angle of spray is decreased by centrifugal force caused in exhaust gas flow field. In addition, the effects of nozzle installation degree, injection quantity, and exhaust gas flow on NOx conversion performance were clarified.     

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。     

柴油机静态喷雾特性的实验研究

利用高速摄像装置和高压容器，拍摄了柴油机喷雾的逆光图像；研究了喷雾周围介质密度和种类对喷雾贯穿距离、喷雾锥角以及蒸发等喷雾特性的影响。     

高地温尼格隧道综合降温体系研究

为解决高地温隧道因高温引发的热害问题,以红河州建水—元阳高速公路的尼格隧道为依托,基于能量平衡原则设计各降温措施的适用区间。采用CFD软件模拟进行对照分析,研究尼格隧道现场采用降温措施的效果,构建高地温隧道综合降温体系。结果表明： 1）围岩温度T<32 ℃时采用单通风管道,在围岩温度32 ℃≤T≤40 ℃时采用双通风管道,在围岩温度40 ℃<T≤48 ℃时增设局部雾炮车喷雾降温,在围岩温度T>48 ℃增设冰块降温,且在实际应用中温降可达到理论计算值。2）增大通风量对降温速率的影响最大,可提升37.7%;冰块降温次之,可提升11.6%;喷雾降温提升效果最差,仅提升3.2%;但是对于降温幅度,冰块降温>增大通风量>喷雾降温。3）增大通风量可以加快洞内空气的置换流通,宜作为基础降温措施;冰块降温通过融化吸热可实现大规模的温降,可用在热害等级较高的隧道;喷雾降温可实现局部区域的降温、除尘和加湿,可作为掌子面辅助降温措施实现对隧道的局部降温。     

地质雷达在岩溶陷落柱探测中的应用研究

以某隧道洞底陷落柱为例,通过地质雷达对目标体的探测,分析岩溶陷落柱的雷达波组异常特征,准确地探测出陷落柱的位置、规模和埋深;同时,选取典型的雷达波进行频谱分析,探讨岩溶陷落柱和围岩的雷达波频谱特征。岩溶陷落柱雷达波频谱呈现低频大振幅反射,其主频单一且突出;围岩雷达波呈现弱振幅多峰频谱,主频不突出。岩溶陷落柱和围岩雷达波频谱特征存在的显著差异,可作为识别岩溶陷落柱的重要依据之一。实践结果表明,地质雷达在探测岩溶陷落柱中具有有效性和实用性。