船舶设计选用压力水喷雾灭火系统探讨

本文介绍依据SOLAS公约新规定，凡2002年7月1日及其之后开工(敷龙骨)建造阶段的2000总吨及以上的新造船舶，应满足SOLAS公约强制性规定，即船舶规范规定的A类机器处必须安置固定式水雾灭火系统。笔者就此船用新系统作了设计配套了解，现从SOLAS要求对各类型系统的性能、计算、选用比较等方面进行论述。     

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。     

基于NI CompactRIO的压力反馈式喷油控制系统设计与开发

设计开发了基于预燃式高温高压定容燃烧弹的压力反馈式喷油控制系统。考虑到嵌入式系统要求实时性高、安全可靠性高、控制精度高和任务复杂度高等特点,使用CompactRIO-9036以及相应的I/O模块,利用FPGA可重复配置的优势,实现了压力信号采集、配气电磁阀驱动、点火驱动、喷油器驱动及轨压闭环控制等功能。为了验证本系统的可靠性,进行了压力反馈喷油触发试验,从结果可以看出本系统可以较为精确地、良好地模拟发动机喷油时刻的环境。     

喷油控制参数对中置喷油器GDI发动机喷雾及燃烧的影响

针对匹配中置高压喷油器的直喷汽油光学发动机,试验研究了不同喷油时刻及喷油压力下的缸内燃烧及喷雾发展特性,分析了燃油喷射控制参数对直喷汽油机缸内喷雾及燃烧的影响规律。研究结果表明:随第三段喷油时刻(θ_(SOI3))提前,燃烧持续期与滞燃期均先减小后增大,燃烧特征参数均在θ_(SOI3)=120°BTDC时存在明显拐点,此时平均指示压力(p_(mi))的循环变动系数C_(OVpmi)相对较小;第三段喷油时刻过晚,活塞上行距上止点较近,易导致油束冲击活塞表面;提高喷油压力可缩短燃烧持续期,有助于改善燃烧定容度,但喷油压力过大,油束贯穿距进一步延长,油束冲击缸壁的倾向增加,滞燃期及燃烧持续期反而延长。     

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。     

基于最大熵原理的喷雾液滴尺寸和速度联合分布函数

应用最大熵原理和动量守恒定律,从理论上建立了喷雾液滴尺寸和速度联合分布函数。应用该方程编制数值计算程序,对纯柴油与质量掺混比为30%(L30)的柴油/液化石油气(LPG)混合燃料的喷雾液滴尺寸和速度联合分布进行了数值计算,比较了两种燃料的雾化特性。比较结果表明:由于L30闪急沸腾效应的影响,其液滴尺寸分布曲线的峰值明显高于柴油的分布曲线峰值,且峰值和曲线整体趋势都向小颗粒方向偏移,说明喷射L30产生的液滴颗粒比柴油颗粒小;L30的速度分布曲线峰值较高,且位于小速度范围,说明小速度液滴所占的比例更大。液滴尺寸与速度(D-u)等高线图表明:液滴颗粒越小,其速度分布范围越广;液滴速度越小,其尺寸分布范围越大。L30液滴尺寸与速度联合分布的收敛速度较快,说明L30喷雾所产生的小颗粒和小速度液滴更加密集,雾化质量更佳。     

柴油喷雾与LPG/柴油混合喷雾的对比研究

以ZH1105W柴油机为模型,采用Jaynes等人提出的雾化液滴尺寸和速度联合数目分布函数,对柴油喷雾和LPG/柴油混合喷雾的燃料液滴尺寸和速度数目分布进行了对比研究;采用液滴蒸发和碰撞模型对液滴尺寸理论数目分布与试验结果进行了对比研究。液滴尺寸和速度联合数目分布的研究结果表明,随着液体喷射速度的增大,液滴尺寸数目分布曲线向小颗粒偏移。随着液滴尺寸的增大,较大颗粒的液滴速度数目分布曲线的峰值先明显增大,到达中等尺寸后又明显减小。由于LPG/柴油混合燃料的闪急沸腾喷雾对燃料液滴具有突爆的加速作用,L30速度分布曲线的峰值速度比柴油的明显增大。累积的液滴尺寸分布和速度数目分布研究表明,由于混合燃料的闪急沸腾喷雾,L30尺寸数目分布曲线峰值相对于柴油向小颗粒方向偏移,L30的峰值大于柴油的峰值。说明L30喷雾所产生的小颗粒液滴多于柴油,雾化质量提高,碳烟排放得以大幅度降低。L30速度分布曲线的峰值比柴油略小一些,且略微向大速度方向偏移。说明与柴油相比,L30燃料较大速度液滴的数目略有增加。液滴蒸发和碰撞模型对于石油液体燃料的研究是可行的,对于液化气体燃料与石油液体燃料的混合燃料的研究,模型还有待于进一步改进。     

喷雾夹角影响柴油机混合气形成与燃烧的CFD研究

运用CFD软件对直喷柴油机燃烧室中的喷雾及燃烧过程进行数值计算,考察了不同喷雾夹角下燃油的雾化过程、射流的发展形态以及近壁面区域浓度场的分布情况,并将计算结果进行了对比分析。结果表明,高速的射流漩涡对混合气的卷吸能力很强,油束末端的滞止区呈现较高的浓度;喷雾夹角过大会使燃油喷溅到燃烧室壁上,过小则活塞顶隙内的空气利用不充分,均对燃烧过程造成不良影响。     

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。     

柴油-甲缩醛混合燃料喷雾的粒子动态分析研究

为研究代用燃料甲缩醛的喷雾机理,采用基于相位多普勒原理的粒子动态分析仪(PDA),研究了不同百分比的柴油-甲缩醛混合燃料喷雾的粒度场、速度场。试验结果表明,柴油添加甲缩醛后,雾化得到改善,喷雾轴线上的粒子轴向速度提高,但三者径向速度相差不大。