油膜厚度变化规律的研究——油膜-雾化燃烧机理研究之二

本文应用了本所研制成功的燃烧状态下动态油膜厚度测量技术及其装置，在直喷 式ω型油膜－雾化燃烧系统中，对 Ｅ１５０型柴油机在额定转速下、不同负荷时．活 塞顶面上的油膜面积及其与活塞顶面积的比值，油膜油量与雾化油量及其比值的变化 规律进行了测定．此外对油膜厚度及其变化速率的主要影响因素，如油嘴伸出高度． 喷油始点大小，油束夹角和燃烧室形状等作了一些试验和研究．     

基于Converge的柴油机起动过程喷雾撞壁仿真分析

柴油机起动过程中,转速、缸内背景压力及温度偏低会导致喷雾撞壁,影响燃油雾化效果。利用三维计算软件Converge,采用组合喷雾模型及B-G撞壁模型建立了燃油喷雾撞壁模型,并利用可视化定容弹喷雾撞壁试验系统验证了模型的准确性。基于建立的喷雾撞壁模型,研究分析了缸内背景压力、壁面干湿状况及壁面粗糙度对某型柴油机喷雾撞壁的影响规律,仿真结果表明：随着缸内背景压力下降,撞壁时刻提前,扩散距离增大,油膜产生时刻提前,油膜厚度增大;活塞顶壁面粗糙度增加,喷雾油束撞壁后扩散距离减小,附壁油膜厚度增大;当活塞顶壁面为湿壁时,喷雾油束撞壁后扩散距离增大,附壁油膜厚度下降。研究为燃烧室、喷油系统等优化设计提供了参考。     

直喷汽油机喷雾碰壁特性实验研究

本文采用折射率匹配方法,在非蒸发环境下研究喷雾碰壁后形成油膜的质量、面积和厚度变化特点,获得油膜在不同容弹压力和喷射压力下变化规律并分析其原因。通过Mie散射方法,研究与上述相同工况下喷雾碰壁后油束变化规律,并与RIM实验结果进行对比。实验结果表明,容弹压力对喷雾碰壁后油膜的形成有重要作用,容弹压力较低时,油膜质量、面积和最大厚度随喷射压力的升高而减小;容弹压力较高时,油膜质量、面积和最大厚度随喷射压力的升高而增大。     

油雾喷射碰壁过程中油膜形成的数值模拟分析

利用FLUENT仿真软件对油雾喷射碰壁过程中油膜的形成进行数值模拟;模拟条件如下:喷射速度v分别为30,80,100和120 m/s;油雾颗粒粒径d分别为3,5,7和10μm;喷雾距离D为50和65 mm.在上述条件下得到油膜厚度等高图,从而得出喷射速度、油雾颗粒粒径、喷雾距离对油膜厚度和油膜比率的影响.模拟结果表明:喷雾距离增加时油膜厚度和油膜比率都减少;在喷雾距离为50 mm时,速度为80 m/s的油膜厚度和油膜比率比较理想;同样条件下,油雾颗粒粒径在5μm左右时,油膜厚度和油膜比率较大.     

内燃机缸套-活塞系统摩擦学与动力学行为耦合分析

建立了内燃机缸套—活塞系统油膜润滑与动力学行为的耦合分析模型，并用数值方法对单缸四冲程内燃机进行了仿真分析。在分析中同时考虑了活塞二阶运动和缸体振动对缸套—活塞间油膜润滑的影响。缸体结构振动响应用有限元法来计算，缸套和活塞间的流体润滑计算通过有限差分法求解平均雷诺方程进行，其中考虑了微凸体接触的作用。在考虑缸套—活塞油膜润滑与缸体结构振动、活塞二阶运动耦合作用的情况下，计算出了缸套—活塞间润滑油膜的最小油膜厚度、摩擦力、摩擦功耗等，同时也分析了活塞二阶运动的变化。通过与不考虑缸体振动时的相应结果对比表明：考虑缸体的结构振动后，缸套—活塞间的摩擦力和摩擦功耗减小，油膜厚度、活塞的二阶运动位移及速度增大。     

油膜厚度测量技术的研究——油膜雾化燃烧机理研究之一

本文研究了柴油讥燃烧状态下燃烧室壁面上油膜厚度的测量，解决了传感器制 做、测量信号引出、测量燃油制备、定标装置制做、测量电路设计等一系列技术问 题，成功地测量出了柴油机燃烧状态下燃烧室壁面上的油膜厚度。这对于了解油膜在 燃烧室壁面上的形成。分布及蒸发规律，以便更好地组织油膜雾化燃烧具有很大的实 用价值．     

涡流室式柴油机燃烧室的改进设计对燃烧过程的影响

介绍把一台单缸涡流室式柴油机涡流室镶块直连接通道改为变角度连接通道，活塞顶双“ｗ”坑主燃烧室改为腰鼓形双“ｗ”坑主燃烧室的研究过程，主要内容包括在稳流试验台上测量通道改进前后的流量系数，倒拖试验台上用热线风速仪测量改进前后燃烧室中的气流运动状况，详细分析研究了变角度连接通道的气动喷射特性和燃烧室改进对柴油机燃烧过程、燃油经济性及排放的影响。     

GDI超高压喷雾撞壁特性的激光可视化

为了探究缸内直喷(GDI)喷油器异辛烷燃料在超高喷射压力下喷雾的撞壁发展过程及附壁油膜特性,通过激光米氏散射原理和激光诱导荧光(LIF)系统对喷射压力为10～50 MPa的喷雾进行测量,系统地研究喷雾撞壁形态的发展过程、扩展半径、反弹高度,以及附壁油膜的具体形态、油膜面积、燃油附壁率等参数随喷射压力升高而产生的变化。研究结果表明:提高喷射压力,自由喷雾阶段枝状结构发展加快导致悬浮在空中的液滴簇团增多,燃油与空气混合作用增强;扩展半径和反弹高度随喷射压力的提高先增大后减小,二者峰值均出现在30 MPa的超高压状态下;随着喷射压力增大,油膜整体变薄,油膜面积缓慢增大,附壁质量减少;喷射压力增至50 MPa后,油膜平均厚度相比10 MPa时减少约90%,燃油附壁率下降至5%左右。     

考虑热变形和弹性变形的活塞二阶运动数值分析

文章建立了内燃机活塞裙部混合润滑数学模型,建模时综合考虑了活塞裙部外形轮廓、表面波度和粗糙度、活塞裙部和缸套的热变形和弹性变形以及裙部润滑摩擦状况等因素,分析了工作状态下热、弹性变形对活塞二阶运动轨迹、最小油膜厚度以及摩擦力的影响.结果表明相对于冷态,工作状态下活塞二阶运动幅度和摩擦力有所减少,而最小油膜厚度则有所增加...     

活塞顶上油膜蒸发规律的数学研究

本文用数学方法研究了柴油机活塞顶面上油膜蒸发的一般规律．即利用数值分析 技术在计其机上求解描述活塞顶面上油膜蒸发的微分方程组．首先建立了一个非稳定 的油膜蒸发的数学模型，它由喷在活塞顶面上的油膜的加热和蒸发的微分方程组成。 然后计算出了不同参数值下的作为非稳定的耦合的传热和传质问题的油膜蒸发过程． 并对计算结果进行了较详细的理论分析．计算值在数量级上和变化趋势上基本上与实 测得到的结果吻合。     

滚动导轨系统油膜阻尼机理及动态参数

研究滚动导轨系统的油膜阻尼技术，分析了平行间隙式油膜阻尼的作用机理，推导了油膜角阻尼系数计算公式，给出了角阻尼系数线性范围公式，试验研究结果表明，理论推导公式与试验回归公式一致性良好。     

深浅腔动静压轴承油膜特性

以用于某高精度数控车床主轴部件的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,在对其进行理论建模与分析的基础上,采用计算流体力学软件对深浅腔动静压轴承油膜特性进行分析.分析不同的转速、供油压力、偏心率、油膜厚度和深腔夹角等因素对油膜承载力、进油孔流量和油膜温升的影响.结果表明:进油孔流量随主轴转速的增加先增大后减小,随主轴偏心率的增加逐渐减小;油膜温度随外部供油压力的增加逐渐减小且趋于平缓;油膜厚度在0.03mm左右时承载力和温升最合适;在深腔夹角为10°时,油膜的动压效果最明显,油膜承载能力最强.     

往复式冰箱压缩机曲轴动态特性与轴承润滑计算分析

提出一种往复式冰箱压缩机受动态载荷作用的悬臂曲轴动态特性及其主副滑动轴承油膜厚度的计算分析方法。采用压缩机汽缸内压力变化实测数据,考虑活塞、连杆与曲轴所受气体力和惯性力,建立了曲轴与电机转子横向位移与倾斜动力学方程;采用滑动轴承有限长油膜模型,并用有限元离散化方法数值逼近;观测了过负荷工况寿命试验后曲轴磨损情况,测量了曲轴圆度。对样机的计算分析结果表明:压缩机工作时,曲轴除转动与平移外,倾斜方位也在不断变化,但上部中心基本上在第一象限内,而下部在第三象限,转角为0°时曲轴倾斜最大;额定与过负荷工况下,曲轴与轴承孔上部会发生偏磨,而轴承与轴承孔下端过负荷工况会发生偏磨;增加曲轴直径,主副轴承最大偏心率都会减少,最小油膜厚度明显增加;转速增大会使主轴承油膜厚度减小,而副轴承油膜厚度增加。该结果可为节能环保冰箱压缩机的研发提供参考。     

自由活塞内燃发电机活塞环摩擦特性研究

为验证自由活塞内燃发电机摩擦损失小的潜在优势,建立了活塞环混合润滑模型.通过数值求解,分别获得了同缸径的曲轴式内燃机和自由活塞内燃发电机的活塞环与缸套间的油膜厚度、摩擦力和摩擦功率.对比分析表明,两者的活塞环油膜厚度相近,平均摩擦功率近似相等.自由活塞的活塞环摩擦力峰值较大,持续时间较短.如果考虑凸轮、曲轴等其他部件的摩擦损耗,则在总机械摩擦损失方面,自由活塞内燃发电机相比曲轴式内燃机具有显著优势.     

差分激光三角法油膜厚度测量传感器的测量范围与精度分析

针对所研制的海面溢油油膜厚度测量传感器的测量范围和精度进行了研究.在分析基于垂直入射差分激光三角法油膜厚度测量原理的基础上,分别采用厚度0.1,mm的塞尺和10,mm的陶瓷量块对传感器的测量上下限进行了验证,并采用厚度为1~10,mm的0级陶瓷量块对传感器进行了精度测量和分析.结果表明,所研制的油膜厚度测量传感器的范围为0.1~10,mm,测量相对误差小于1%.     

一定速度的视超光速源子源的视速度最大值及其喷射角方程

在《相对论视超光速模型》〔１〕的基础上，本文进一步推导出：视超光速源（简称ＳＬＳ）子源的真实速度方程；一定速度的子源的视速度最大值的喷射角方程。然后将视速超光速源的视速度和由自康普顿效应推算所得的喷流与视线的夹角的数据代入子源的真实速度方程，进而，将由此得出的真实速度数值代入以上喷射角方程，再将由此得到的喷射角值代入子源视速度方程，从而求得子源可能的视速度最大值。通过以上计算结果的对比证明，一定速度的视超光速源的子源，存在一最大视速度，对应一个一定的喷射角，不同速度的子源的最大视速度不同，对应的喷射角也不同。子源的真实速度越大，相应的最大视速度也越大，对应的喷射角则越小。因此，一定速度的子源的视速度不是喷射角越小视速度越大，而是喷射角越接近子源视速度最大值所对应的喷射角的子源的视速度越大。     

冷启动下米勒循环对缸内直喷汽油机混合气形成影响研究

以一台缸内直喷(GDI)汽油机为研究对象,进行发动机台架试验与一维仿真工作,为三维仿真模拟的冷启动工况提供可靠的边界与初始条件,并进行了相关验证。设计了进气门早关(EIVC)米勒循环气门升程型线,构建了米勒循环发动机模型,探究了米勒循环对缸内低温环境下的附壁油膜发展、喷雾场形成质量的影响。结果表明：米勒循环发动机在进气冲程后期缸内附壁油膜的质量均高于原机;在整个进气与压缩过程中,大部分的油膜以及厚油膜区域均集中在活塞凹坑。EIVC75米勒循环活塞顶部油膜铺展面积显著增大,凹坑周围油膜厚度明显降低;在压缩冲程中后期,由于缸内湍动能耗散较慢,促进了其附壁燃油蒸发;在点火时刻,EIVC60与EIVC75米勒循环较原机附壁燃油质量分别下降了28%、48%,可以有效避免“池火”现象,与此同时,原机的浓度场分布与EIVC60、EIVC75米勒循环相比具有较大差异,原机火花塞附近的当量比在0.8左右,而米勒循环发动机火花塞附近则形成了当量比为1.1～1.2的适宜点火的可燃混合气。     

米勒循环结合两次喷射对缸内直喷发动机起动工况下混合气的影响

为探究直喷发动机第二次喷油时刻、两次喷油比例对燃油蒸发与混合气形成质量的影响，在一台汽油缸内直喷(GDI)发动机进气门早关(EIVC)米勒循环单次喷射的基础上，采用控制变量的方法，在两次喷油量相同的情况下，设计了7组不同的第二次喷油时刻方案，并在最优喷油正时的基础上，设计了6组不同喷油比例的方案进行试验。结果表明：在压缩冲程中后期，缸内湍动能随着喷油重心的后移而增强；随着二次喷油正时的推迟，更多的燃油附着位置从活塞顶部转向缸套表面；当二次喷油正时为进气上止点后150°曲轴转角、喷油比例为2∶1时，附壁油膜蒸发效果最佳，点火时刻缸内残余油膜量最少，较原机下降95%,并且该条件下当量比分布良好，在火花塞附近形成了当量比为1.3的微浓混合气，有助于火核的形成。     

喷油器柱塞副动态泄漏及特性

为了研究高压共轨喷油器柱塞副的动态泄漏特性,建立了柱塞副间隙燃油流动的数学模型,通过有限差分法对数学模型进行数值计算,研究了不同轨压下柱塞副燃油的平均动态泄漏率的变化趋势,与试验值进行对比,验证该数学模型的有效性,并分析了轨压、进口燃油温度、柱塞最大升程和喷射脉宽四种因素对柱塞副动态泄漏量的影响及在不同柱塞速度下,油膜压力、厚度和温度参数的变化趋势。结果表明,在一个喷油循环内,动态泄漏率的变化曲线与控制腔油压变化曲线相似,平均动态泄漏率随着喷油器的轨压、入口燃油温度和柱塞最大升程的增加而增加,但随着喷射脉宽的增加而减小;随着柱塞速度由正速度到负速度的过程,油膜的厚度逐渐变薄,油膜的温度整体上升,油膜的压力变小。     

DAS组合密封圈密封特性

为了研究工程机械用DAS组合密封圈密封特性及其变化规律,建立密封特性计算模型,使用三次多项式修正密封圈压力油侧接触应力,得到近似油膜压力分布;结合逆解法求解油膜厚度,研究DAS组合密封圈预压缩量、油液压力及活塞杆伸出速度对平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力的影响。研究结果表明:随着预压缩量增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着油液压力的增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着活塞杆伸出速度增大,平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力随之增大。综合考虑各因素对密封件磨损、内泄漏的影响,建议DAS组合密封圈应用于活塞密封时最小压缩量c=1 mm,最大活塞杆伸出速度v=0.1 m/s。