利用PIV技术对柴油机高压喷雾流场的可视化研究

研究不同喷雾时刻及介质状态变化对柴油喷雾流场的影响.采用PIV(particle image velocimetry)激光测试技术对高压柴油喷雾流场进行速度场测量实验.实验时利用前次喷雾的液滴作为示踪粒子对当次喷雾进行速度场计算.分别进行了单次喷雾时刻、喷油压力、介质密度不同时的喷雾实验.喷雾过程中在雾注前锋周围会形成卷吸涡,且其强度随喷雾的发展及喷油压力的提高而增加;当介质密度增加后,雾注前锋贯穿速度降低,相对速度增加.柴油喷雾过程中形成的卷吸涡有利于柴油向周围空气的扩散,提高喷油压力可以有效地强化这种效果;介质密度增加使液滴密集度增加,对油气扩散混合有不利影响.     

柴油机伞帘喷雾燃烧系统的试验研究

在四气门单缸柴油机上研究了伞帘喷雾(UCS)燃烧系统性能．结合喷油过程测试结果和缸内空气运动数值模拟结果，综合分析了试验结果．结果表明，与原机相比，UCS系统的燃油经济性明显提高，烟度、最高燃烧压力、排气温度和NOx排放明显降低．这归因于喷雾碰壁引起的喷雾体积和空气卷吸量增加及燃油的二次雾化．但在中低负荷工况，由于壁面温度低，其CO和HC排放量明显高于原机．它在上止点后着火；着火时，准伞形喷雾和帘状喷雾的扩展范围已很大．     

不同进料方式下气液喷射器内流体流动和混合特征

利用Fluent模拟了喷射器内气液两相在不同进料方式下（气体进口中心线与液体进口中心线偏移量不同）的流体力学和混合特征。其中A方式偏移2.5 mm;B方式偏移0 mm;C方式偏移4.0 mm,此时气体与液体完全相切进料。结果表明：在相同的喷嘴速度时,A方式下喷射器压力降与空气卷吸量最大,C方式下气体和液体的碰撞机会少于其他进料方式,压力和空气卷吸量最小,B方式下喷射器压力降与空气卷吸量居中;而混合效果随着偏移量由大到小（C、B、A）依次增强,但是增强效果不很明显。同时,还以C方式为例讨论了喷射器内喷嘴速度与压力降及空气卷吸量的关系,两者都随着喷嘴速度的增大而增大,且喷射器的压力降与空气卷吸量呈显著的线性相关,相关系数高达0.984。根据模拟结果分析,当3种进料方式压力降相同时,C方式气体卷吸量最大,即相同喷射性能时C方式的能量损失最小。     

冷藏陈列柜风幕卷吸特性的数值分析

应用数值方法分别对不同射流速度分布(均匀分布、2种线性分布和抛物型分布)的垂直冷风幕的卷吸特性进行了研究,对体积卷吸率、温度分布及热卷吸系数进行了分析比较.结果表明,速度分布对风幕的卷吸特性有着重要影响,内侧较大的线性速度分布是其中性能最优的,对外部空气的卷吸量最小,对柜内空气的卷吸量最大.因此,在保证柜内温度的前提下,通过在出风口设置合适的整流装置,使外侧速度尽可能减小,可以显著降低对外界空气的卷吸,从而减小冷藏陈列柜的热负荷.     

运用数字粒子图像测速技术测量柴油瞬态喷雾

分析了数字粒子图像测速(DPIV)技术的基本原理,建立了一套柴油喷雾激光测量试验系统,运用DPIV技术对柴油喷雾结构进行了可视化测量,并测量了柴油的瞬态喷雾特性.研究结果表明,燃油喷雾速度随着喷雾时间的推延逐步降低,在喷雾后期喷雾速度降低尤为迅速;柴油瞬态喷雾具有典型的"树枝"状拟序结构;油粒速度沿轴线方向增加,外围油粒速度远小于核心油粒;喷雾与周边空气发生了"卷吸"作用,在喷雾内部形成了复杂的涡旋运动,涡度沿喷雾轴线方向增大.     

斯特林发动机压力涡流喷嘴的喷雾特性试验

采用高速摄影技术,研究了斯特林发动机压力涡流喷嘴的喷雾发展过程及喷雾特性,并考察了喷射压力和气体引射对喷雾特性的影响.结果表明,压力涡流喷嘴初始喷雾阶段雾化效果较差,持续时间较短,主喷雾发展过程有明显的空气卷吸涡流现象;柴油主喷雾锥角随喷油时间先迅速增大后逐渐减小至稳定,而贯穿距离则逐渐增大至稳定,喷雾锥角随喷油压力的提高而增大;引射空气对稳态喷雾形态有明显影响,使得喷雾扩散范围明显扩大,油气混合更加充分.     

模拟海拔高度对柴油机燃烧影响的可视化试验

在定容燃烧弹内模拟一款重型柴油机喷油时刻的缸内热力学状态,基于高速摄影开展了不同海拔高度下柴油燃烧的可视化试验研究。结果表明,海拔高度对着火延迟、着火距离、升举长度、卷吸空气比率以及火焰亮度等都有显著的影响,海拔从0 m升高到4 500 m时,着火延迟由0.67 ms延长至1.04 ms,着火距离由22.09 mm增大到37.03 mm;升举长度由23.1 mm增大到34.5 mm;卷吸空气比率由12.0%增大到14.0%;空间积分火焰亮度峰值减小,且空间积分火焰亮度峰值的变化幅度和卷吸空气比率的变化幅度都随海拔升高而减小;时间积分火焰亮度减小,碳烟生成总量减少。     

直喷式柴油机NOx排放特性的模拟计算研究

在油滴蒸发准维燃烧模型的基础上，考虑燃油喷雾、蒸发、空气卷吸及传热的影响，结合生成NOx的化学动力学机理，建立直喷式柴油机的燃烧及NOx计算模型。实测直喷式柴油机多种转速负荷特性的NOx排放，得出柴油机运行范围内的NOx排放特性，并与模拟计算结果进行对比分析，两者变化较吻合。柴油机在低速大负荷时由于最高燃烧压力较大，温度较高，燃气在高温下停留时间较长，NOx排放浓度较大。供油提前角增加时，着火始点提前，最高燃烧压力及温度增加，NOx排放浓度也增加。     

柴油机高压喷雾碰壁前和碰壁后的粒子速度测量

用猝发信号频率分析Ｄｏｐｐｌｅｒ测速仪（ＢＳＡ－ＬＤＶ）对柴油机高压喷雾碰壁前和碰壁后的粒子速度进行了测量。     

发动机缸内环境下二甲醚喷雾特性的试验

采用只能拍摄液态喷雾形态的背景散射法,在定容容器内模拟增压发动机实际压力和温度条件,利用超高速摄像机,观察二甲醚喷雾形态.研究了缸内环境、喷射压力、喷孔直径等因素对二甲醚喷雾特性的影响.结果表明:受喷射速度影响,喷雾贯穿距离随着喷射压力的增加而增大;喷雾液态贯穿距离随喷孔直径的增加而增加;在增压发动机高温、高压条件下,由于缸内气体密度和温度增加,喷雾贯穿距离减小;只在常温条件下,二甲醚喷雾周围才出现液滴;与柴油喷雾相比,二甲醚喷雾蒸发更迅速;2种喷雾的外缘处均呈现卷吸状,柴油喷雾分裂是液滴不断破碎微粒化,二甲醚喷雾分裂则是从喷雾液核开始直接迅速蒸发.     

二甲基醚喷雾混合过程的计算研究

采用气相射流模型对二甲基醚的喷雾特性进行了模拟计算,并将其与柴油喷雾的模拟计算值进行了对比．结果表明,在喷孔直径、环境密度等参数相同的条件下,二甲基醚喷雾的轴心速度和浓度的衰减速率均大于柴油喷雾的,而二甲基醚喷雾的贯穿距离与锥角则分别小于和大于柴油喷雾的．当环境密度和喷孔直径改变时,DME喷雾的轴心速度、贯穿距离和喷雾锥角均会随之变化．模拟计算结果与实验观测结果基本相符。     

柴油机预热混合燃烧锥形喷油器LDA和PDA法的测量(英文)

为了解柴油机预热混合燃烧用大角度锥形喷油器的喷射速度和油粒直径特性,采用多普勒激光速与风向测定法(LDA)及多普勒状态风速与风向测定法(PDA),进行稳态与非稳态试验,稳态时进行了三种不同的喷射压力试验,非稳态时进行了频率为20.7Hz,每循环喷油量10.3mg及25.6mg的试验,获得了大角度锥形喷油器的喷射速度与油粒直径及油粒平均直径之间的关系。     

用改进的多区模型计算柴油机中的燃烧和排放

在广安博之直喷式柴油机多区燃烧模型的基础上,改进了燃油雾滴的运动和蒸发模型,以及碳烟的生成与氧化模型,增加了缸内挤流和涡流模型、油滴碰壁和反弹模型,计算结果表明,改进后的油束运动模型比原模型更加合理,较好地解决了空气卷吸问题,在不同转速和负菏工况下均能获得令人满意的精度,能够反映缸内与各区内的燃烧与排放物生成情况,用改进的多区模型可以较好地研究直喷式柴油机的工作过程及其排放。     

复合喷射塔板的流体力学性能及传质性能的测定

设计了一种具有低压降、大通量及高传质效率的复合喷射塔板,以空气和富氧水为介质,在直径500 mm的圆筒型玻璃钢实验装置中对复合喷射塔板的流体力学性能及传质性能进行测定,研究了复合喷射塔板的干、湿板压降,雾沫夹带,漏液率,清液层高度等流体力学性能随底隙上方条缝高度的变化规律,并对干、湿板压降数据进行线性回归分析。结果表明该复合喷射塔板的干、湿板压降与F1浮阀塔板相比明显降低,且塔板清液层高度随底隙上方开缝高度的增加而降低,雾沫夹带率和漏液率随开缝高度的增加而增大;在底隙上方开缝能够提升立体塔板的传质效果,且传质效果比F1浮阀塔板高出5%以上。     

直喷式柴油机气缸内喷雾特性的研究

本文介绍直喷式柴油机燃油喷射和气缸内喷雾特性的统一计算模型。模型中考虑了喷油过程、气缸内气流运动和燃烧室结构等对燃油喷雾贯穿及分布的影响。高压油管内燃油运动用特征线法求解,喷雾过程用稳态射流理论计算,本文还对采用高速摄影技术研究柴油机气缸内喷雾贯穿作了讨论。     

引射空气对压力旋流喷嘴喷雾特性的影响

用定容器模拟斯特林发动机的燃烧室,以低硫柴油为介质,利用高速摄影仪和激光粒度仪,研究了空气引射对压力旋流喷嘴的喷雾发展规律和粒径分布的影响规律.结果表明,喷油量和气流引射对喷雾发展特征和雾滴直径分布影响很大,引射气流能消除静态喷雾初期的液体滴漏现象,使得形成稳定喷雾的时间变短, 喷雾扩散度增大,雾滴扩散程度明显增大,宏观喷雾形态改善;气体引射使得喷雾粒径减小,粒径分布范围更加集中,雾化效果明显改善.     

二甲醚的油束模型和试验研究

根据二甲醚（DME）的喷雾试验，提出了针对二甲醚燃料的油束喷雾模型，并确定了喷雾油束模型常数，该模型可以计算出喷雾特性的主要参数，包括贯穿度、索特平均直径和喷雾锥角等。模型计算和试验研究表明：贯穿度随喷孔直径、背压和喷油初速的增大而增大；索特平均直径随喷孔直径和背压的增大、喷油初速的减小而增大，喷雾锥角公式考虑了燃料物性和液、气相互运动的作用，因而与实测结果符合较好，油束模型与试验结果基本吻合。     

蒸发式乏汽凝汽器换热性能的实验研究

建立了蒸发式乏汽凝汽器性能测试平台,研究了喷淋水量及管间风速对蒸发式乏汽凝汽器换热性能的影响,结果表明喷淋水量存在最佳范围为0.4~0.5 L·m-2·s-1,且在实验研究范围内,凝汽器换热性能随管间风速的增大而增强.并在选定的喷淋水量和管间风速条件下研究了管内蒸汽通量对蒸发式乏汽凝汽器换热性能的影响.     

第三代伞状喷雾空间分布特性实验研究

提出了第三代伞状喷雾——贯穿距可调喷雾概念,并在大气压下,对2种碰撞角度、5种启喷压力的第三代伞状喷雾和多孔喷雾进行了高速摄影,比较分析了它们的空间分布特性.结果表明:燃油碰壁使喷雾沿导向锥面呈扇形展开,喷雾贯穿距变短,但喷雾的空间展开面积变大,周向分布更加均匀;通过改变碰撞角度能够调整喷雾贯穿距,从而避免喷雾与燃烧室壁的碰撞;随着启喷压力的增加,喷雾贯穿距和扇形角也相应增大;喷孔数、碰撞角度和启喷压力三者的合理配合对第三代伞状喷雾至关重要.     

LPG/柴油混合燃料喷雾特性的试验研究

采用高速摄影技术,对液化石油气(LPG)、柴油以及两种LPG／柴油混合燃料(LPG质量分数分别为30％及50％)的喷雾特性进行了对比实验研究,探讨了混合燃料成分、启喷压力、喷孔直径和喷射背压等参数对喷雾贯穿和喷雾形状的影响规律．研究结果表明,在相同的喷射条件下,纯LPG的喷雾贯穿距离最短,蒸发气化速度最快;四种燃料喷雾的贯穿距离均随背压的升高而减少,而其喷雾锥角则随背压的升高而增大;当背压大于LPG的临界压力时,两种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾锥角均随喷射压力的上升、喷孔直径的增大而增大;背压对贯穿距离、喷雾锥角的影响均大于启喷压力．