亚/超临界汽油多孔射流形态塌陷的研究

基于GDI(gasolinedirectinjection)发动机常用工况点的缸内温度压力,采用高速摄影和纹影法,在高温环境下对比研究了亚/超临界汽油多孔和单孔及异辛烷多孔射流的宏观特性.结果表明:当燃油温度从亚临界态升高至超临界态时,汽油多孔射流在形态上表现出射流中心塌陷和前锋面凸起的特征,异于常见的枝状喷雾结构和剧烈闪沸条件下的坍缩喷雾,同时射流的贯穿距不断增加,锥角不断减小,射流宽度经历了先减小后增大的变化;亚临界汽油单孔射流的贯穿距、锥角及宽度的变化趋势异于汽油多孔射流,表明多孔射流相邻油束间的干涉重叠影响着射流形态结构,在汽油亚临界态时,干涉重叠导致射流轮廓向内收缩,使得射流锥角和宽度减小,而在汽油超临界态时,干涉重叠促进了多孔射流中心的塌陷;相比于单一组分的异辛烷,多组分物蒸发气化的沸点差异是导致汽油射流液相区发生剧烈闪急沸腾,使得射流轴线方向的低压核区发生气流卷吸,并最终诱发射流中心塌陷的原因,而塌陷的发生也使得燃油超临界态时汽油射流宽度大于异辛烷射流宽度;最后,通过对比亚/超临界汽油单孔射流和异辛烷多孔射流,发现导致亚/超临界汽油多孔射流前锋面凸起和中心塌陷的主要原因是射流相邻油束间的干涉重叠及轴线方向低压核区内的气流卷吸作用.     

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．     

基于RANS和LES湍流模型的二甲醚超临界喷雾数值模拟

分别采用RANS和LES湍流模型耦合KH-RT破碎模型对二甲醚超临界非燃烧喷雾实验进行数值模拟,研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距的影响。结果表明,RANS和LES湍流模型均能较好地模拟二甲醚超临界喷雾,LES湍流模型的模拟结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,其超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷超临界喷雾;二甲醚超临界喷雾贯穿距随环境温度、燃油喷射温度和喷射压力的升高而增大,随环境压力的升高而减小。     

跨/超临界环境下液氮射流的机理研究

以开源软件OpenFOAM为平台,开发出适于跨/超临界射流的模型,以研究跨/超临界条件下的喷雾混合特性.模型基于真实流体状态方程和扩展的压力隐式分割算法(PISO),并结合雷诺平均(RANS)湍流模型,对跨/超临界条件下的液氮射流进行模拟,重点分析射流的伪沸腾特性.研究结果表明:在跨临界射流伪沸腾发生之前,射流表面形成...     

乙醚在亚/超临界环境下喷雾燃烧及其产物

为了探究亚/超临界环境下燃料在定容燃烧弹内的燃烧过程及其产物,采用高压共轨燃料喷射系统试验台和单次喷射仪进行燃料供给。通过高速相机和阴影仪进行图像数据的采集,利用烟气分析仪进行燃烧产物的收集测量。试验结果表明:乙醚的燃烧火焰呈现较明亮的球状。在临界压力点时,喷雾燃烧贯穿距最短,火焰面积最小。乙醚喷雾燃烧后,一氧化碳(CO)的生成量随环境压力的升高而连续下降,碳氢化合物(HC)的生成量则在临界压力处出现突变。燃烧火焰特性和产物生成规律所呈现的差异性,主要是由于亚/超临界环境下燃料的物性参数和破碎蒸发机理的不同。     

超临界二甲醚喷雾特性的试验研究

为研究超临界二甲醚的喷雾特性,在定容容器内模拟涡轮增压发动机气缸内的实际环境,使用高速摄像机对超临界二甲醚喷雾的外形轮廓及发展过程进行观察,并将其与跨临界二甲醚喷雾进行对比。结果表明,二甲醚喷雾在发展过程中发生了明显的卷状分裂,并且观察不到二次分裂现象;超临界二甲醚喷雾的外形轮廓及贯穿距离与跨临界喷雾并未有明显差别,但由于超临界二甲醚在涡轮增压环境中的扩散速率更快,因此其喷雾锥角更大,喷雾核心区的长度更短;两种喷射状态下的二甲醚在喷入定容容器后,其喷雾尖端的推进速率都会先急剧增大,然后在达到峰值后又急剧减小,最后在低速段保持相对稳定。     

GDI喷油器超高压乙醇喷雾的宏观特性

为探究缸内直喷(GDI)喷油器乙醇燃料在超高喷射压力下的喷雾宏观特性,运用纹影测试法和高速摄影技术对喷射压力为10～60,MPa的喷雾进行了测量,系统研究了喷雾形态发展、贯穿距、锥角以及投影面积的变化规律.结果表明:提高喷射压力,喷雾枝状结构出现时刻提前,但超高压喷射下枝状结构形态界限变得模糊;喷雾整体及其核心区贯穿距在喷雾前期较快增长,进入喷雾中期后增速明显下降;随着喷射压力提高,喷雾贯穿距增大,核心区贯穿距占比(R_P)提高,但超高压喷射下增幅都相对较小;提高喷射压力,核心区锥角出现小幅度增加;提高喷射压力,喷雾投影面积增大,核心区面积占比(R_A)减小,雾化程度显著提高.     

含稀相粒子的纳米燃油喷雾特性模拟研究

为了探究稀相纳米异质粒子对燃油射流喷雾特性的影响,基于纳米燃油喷雾可视化试验结果,应用计算流体力学软件建立含稀相纳米粒子的燃油喷雾模型,依据试验结果验证模型的准确性,并通过该模型研究喷油压力、环境温度和粒子质量浓度对CeO_2纳米燃油的喷雾特性的影响。研究结果表明:在相同喷射压力下,不同喷雾发展时刻,纳米燃油的油束贯穿距和索特平均直径(Sauter mean diameter, SMD)比柴油的大,喷雾锥角比柴油的略小。随着喷射压力提高,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距、喷雾锥角和SMD上的差异增大,且差异与纳米粒子质量浓度呈正相关。当射流环境温度上升时,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距和SMD上的差异均有所增加,且在高温环境下,纳米燃油的贯穿距和SMD会逐渐比柴油的小,纳米粒子质量浓度越高,该现象越明显,而喷雾锥角的差距有所减小。     

垂直上升光管内临界压力区水的传热特性研究

对垂直上升光管内临界压力区水的传热特性进行了试验研究。根据试验结果,分别在亚临界部分和超临界部分进行了传热机理分析,得到了垂直上升光管对流沸腾传热随压力,质量流速及热负荷变化的复杂关系,总结了发生传热恶化时的条件,预报了恶化趋势,并给出了能用于工程实际的传热试验关联式。试验结果表明：在亚临界部分中,当压力p/pc为0．98时,发生DNB传热恶化最为明显;在超临界部分中,压力越接近临界压力,传热恶化越剧烈。     

喷射压力对生物柴油喷雾特性的影响

基于WAVE和KH-RT这2种液滴破碎模型分别对定容燃烧弹内生物柴油喷雾过程进行数值模拟,利用定容燃烧弹试验台架获取生物柴油喷雾过程,通过数值模拟的计算结果与试验参数对比确定最佳的液滴破碎模型。进一步研究喷油压力对生物柴油的喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)、速度场以及浓度场的影响并与柴油进行对比,结果表明:提高喷射压力,对2种燃料的喷雾贯穿距离都有较大影响,而对其喷雾锥角的影响均较小,但能大幅度降低SMD且均能提高燃料的喷射速度,更易于燃料的破碎蒸发。对比相同工况,生物柴油的破碎雾化效果较差。