生物柴油—柴油混合燃料喷雾液滴尺寸数目分布的理论预测

运用最大熵原理和质量守恒定律导出的喷雾液滴尺寸分布函数,建立了生物柴油—柴油混合燃料的喷雾液滴尺寸分布模型,对柴油、生物柴油—柴油混合燃料进行了模拟计算,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,随着生物柴油掺混比的增大,燃料黏度增大,喷雾锥角变小,索特平均直径增大,计算数据与试验数据吻合很好。     

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。     

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。     

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。     

燃油喷射压力对缸内直喷汽油机喷雾特性的影响

燃油喷射压力对混合气形成有直接影响,提高喷射压力可进一步降低直喷汽油机微粒排放。使用STAR-CD软件分别建立定容弹和发动机缸内喷雾计算模型,利用喷雾特性可视化试验进行喷雾模型有效性验证,其后分析了燃油喷射压力对喷雾贯穿距、索特平均直径等基本特性参数的影响,研究了燃油喷射压力对缸内混合气形成的影响。结果表明提高燃油喷射压力可有效促进燃油的雾化蒸发,加快混合气形成,提高混合气分布均匀性。     

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.     

柴油—生物柴油混合燃料喷雾特性试验研究

采用高分辨率数码照相机对柴油与柴油—生物柴油混合燃料喷雾特性进行了对比研究。结果表明,随着生物柴油掺混比的增大,燃料黏度增大,喷雾锥角变小,Sauter平均直径增大。与MB24相比,柴油的相对尺寸范围和发散边界较大,因此其Sauter平均直径比MB24混合燃料的略大。由于乙醇的稀释作用,改制油MB24的Sauter平均直径最小,雾化质量明显改善。从喷雾液滴尺寸的数目分布可以看出,所有燃料的曲线峰值均位于14μm处,小颗粒液滴较多。随着生物柴油掺混比的增大,曲线峰值下降,下降趋势均匀平缓,说明燃料黏度的增大将使雾化油滴的尺寸分布渐趋均匀。从液滴尺寸的累积体积分布可以看出,随着生物柴油掺混比的增大,达到某一累积体积的油滴直径增大,说明大颗粒油滴增多。     

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。     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究

F-T柴油具有十六烷值高、几乎不含硫和芳香烃的特点,正丁醇是能量密度较高的可再生的生物质燃料。在增压中冷4缸柴油机上对比研究了0号柴油、F-T柴油和F-T柴油-正丁醇混合燃料的燃烧、排放特性。结果表明:与柴油相比,掺混丁醇后缸内压力峰值、压力升高率降低;燃用F-T柴油-正丁醇混合燃料可同时降低炭烟和NO_x排放,随着正丁醇掺混比例的提高炭烟排放显著降低,F-T柴油掺混20%正丁醇的炭烟排放降幅高达67.8%,NO_x排放降幅达20.9%。     

EGR对正丁醇-柴油混合燃料燃烧和排放的影响

依据发动机台架试验数据,利用 Fire 软件建立计算模型,并验证了模型的准确性,研究了不同比例的正丁醇‐柴油混合燃料在不同 EGR 率下的燃烧和排放特性。研究结果表明：通过向柴油中掺混正丁醇可以加快燃烧速率,改善 EGR 对燃烧过程带来的负面影响;采用较高的 EGR 率,可以抑制 NO x 的生成,但混合燃料携氧燃烧,对 NO x 的生成有促进作用,但总体来说 NO x 的最终生成略有降低;Soot 的最终生成量随着 EGR 率的增大而增加,通过添加含氧燃料可以有效地降低 Soot 的最终生成。     

高压旋流喷雾特性的三维数值模拟

基于高压旋流喷嘴内部流动对喷雾过程进行数值模拟,并定性研究了喷油压力和环境压力对喷雾特性的影响。研究结果表明：在高的喷油压力下,喷雾贯穿距离增大,液滴索特平均直径减小,但喷雾锥角基本不受影响;在高的环境压力下,喷雾呈现出实心圆锥状,喷雾锥角和贯穿距离都减小,液滴索特平均直径增大。     

正丁醇-柴油对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

通过配制不同正丁醇掺混比例的正丁醇-柴油混合油,在不改变供油提前角和燃油系统的条件下,测量了柴油机燃用正丁醇-柴油混合油的气缸压力、放热率以及NOx、炭烟等排放污染物,探讨了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧过程的影响规律,分析了正丁醇对排放污染物的作用过程。结果表明:正丁醇掺混比例为0%,5%,10%时,低转速、低负荷工况下,缸内最大燃烧压力分别为6.2MPa,5.9MPa和5.8MPa,与燃烧柴油相比略有降低;高转速、高负荷工况时,缸内最大燃烧压力分别为7.5 MPa,7.6 MPa,7.7 MPa,与燃烧柴油相比稍有增加;随着正丁醇掺混比例增加,柴油机的CO和HC排放升高,在中低负荷下NOx排放有所降低,高负荷时升高明显,平均增加了6.4%,炭烟排放降低明显,燃用正丁醇添加比例为5%和10%时,在高负荷下炭烟分别下降了25%和36%。     

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。     

二甲醚燃料喷射压力对喷雾发展过程的影响

利用定容容器模拟增压发动机缸内高温高压条件,利用高速摄像机观察二甲醚喷雾,探讨了喷射压力对喷雾贯穿距离、喷雾蒸发等喷雾发展过程的影响规律。结果表明:在喷射初期喷雾贯穿距离与喷射时间成正比关系,在喷射后期,环境气体卷入喷雾中,喷雾贯穿距离与喷射时间平方根成正比关系;二甲醚燃料液态喷雾贯穿距离相对于气态来说非常短,DME液态喷雾贯穿距离基本不随时间的增加而增长。     

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。     

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。