风送荷电喷雾特性试验

为研究风送荷电喷雾在空间的粒径分布和沉积特性,设计了一种风送荷电喷雾试验装置,包括雾化装置、荷电装置、风送设备以及相应的测量设备.首先对轴流风机改造前后的气流速度进行了对比,然后探讨了雾滴的荷质比和云电流与电压的关系,最后研究了荷电与非荷电状态下,喷嘴轴线上的雾滴粒径和沉积质量的分布规律,以及轴线上距喷嘴出口2.0和3.0 m,沉积质量沿水平径向(y方向)和雾滴粒径沿垂直径向(z方向)的分布特点.研究结果表明:改造后的轴流风机产生的气流轴向速度增大,有助于增加喷雾射程;雾滴的荷质比与云电流随电压的升高而增大;荷电与非荷电情况下,雾滴粒径与沉积质量均随轴向距离的增加先增大后减小,呈现单峰分布;荷电雾滴沿垂直径向的粒径分布关于轴线呈现出较大的不对称性,即小雾滴在轴线上方,大雾滴在轴线下方;荷电雾滴沿轴向(x方向)和水平径向(y方向)的沉积范围较广且均匀性较好.     

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.     

LPG喷雾特性的试验及数值模拟

在定容室内,采用高速摄影技术对液态LPG喷雾的宏观特性进行了研究,并与柴油进行了对比.试验结果发现,在相同喷射条件下,由于LPG较好的蒸发和雾化特性,其喷雾贯穿距离较柴油的短,喷雾锥角较柴油的小.采用KIVA3V2和KHRT破碎模型对LPG和柴油的喷雾特性进行的模拟计算结果表明,在喷雾初期贯穿距离的计算值和试验值符合较好,而在喷雾后期,由于高速摄影不能记录喷雾前端细微油粒的运动,喷雾贯穿距离的计算值和试验值之间存在一定的偏差.通过计算还发现,LPG喷雾的索特平均半径rSMR比柴油的要小;喷雾体外围液滴的rSMR比喷雾体中心的要小.     

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。     

柴油机燃用小桐子油的喷油及燃烧过程模拟

运用三维CFD软件,建立柴油机分别燃用纯柴油和小桐子油的计算模型.分析了柴油机燃用2种燃油的燃烧过程,模拟了喷雾的发展历程,通过在一台单缸直喷式柴油机上燃用柴油、小桐子油的试验来验证模型,模拟所得结果与试验结果较为吻合.通过对2种燃料的油滴颗粒发展和缸内燃油质量分数分布进行比较,对喷雾特性差异的成因进行了探讨.结果表明:不同燃油的质量分数分布变化的趋势大体相同,与柴油相比,小桐子油在喷射的初始阶段的喷射速度较柴油的略大,但主喷射期的喷射速度较低,油束的贯穿距离较小,小桐子油的喷射时间较早,在开始喷射后,小桐子油的质量分数分布变化速度明显小于柴油,到了燃烧后期,其燃油质量分数较高的区域较大.     

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.     

一种二维瞬时粒子图像速度粒度同时测量的新技术

基于灰度统计判别原理,提出了一种可以对二维平面内粒子图像的速度和粒径实现实时同时测量的新技术.基于灰度统计判别的查询算法在运用自相关运算获得速度大小的同时,根据两次曝光粒子图像的能量差异判别记录顺序,解决了数字粒子图像测速(DPIV)中粒子图像运动方向的二义性问题.利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量.以模拟的DPIV粒子图像为研究对象,开发了相应的查询算法,编制了二维粒子图像速度粒度实时同测的相应软件,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了单区域和全区域的分析检验.结果表明,灰度统计判别解决了方向二义性问题,查询算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,查询软件能够实现二维粒子图像速度、粒度的同时测量,运算时间满足实时测量的需要.     

天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射特性分析

利用高速纹影法进行了天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射试验,分析了不同天然气喷射压力和环境压力对天然气喷射的3种轮廓线周长变化的影响.采用CFD软件进行了数值模拟,利用ENSIGHT软件对双燃料发动机同轴喷射进行了天然气体积分数和速度场分析.结果表明:随着天然气喷射压力的下降和环境背压升高,天然气射流的3种轮廓线周长均减小,且双燃料喷射比单燃料喷射的轮廓曲线波动剧烈;当天然气射流头部碰到柴油喷雾时,部分天然气会停在射流头部,影响整个射流的体积分数;天然气喷射压力越小,柴油对天然气射流的影响越大;从天然气射流头部到底部速度减小,在射流中部存在许多涡旋和涡量场,并且在柴油喷雾与天然气射流相互碰撞的区域出现了很小的湍流强度.     

环境和燃油温度对丁醇/柴油混合燃料喷雾影响的模拟分析

根据喷雾可视化试验的结果,利用AVL Fire软件建立了正丁醇柴油喷雾的计算模型,并验证了模型的准确性。再利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了油束的发展过程,计算了环境和燃油温度对混合燃料喷雾特性的影响。研究结果表明:在背压一定时,随环境温度的升高,油束初始速度增加,喷雾贯穿距增加,锥角减小;索特平均直径(SMD)先减小,在达到一定温度后随温度升高,喷雾初期又有所增大,后期趋于一致;随着燃油温度升高,N25喷雾贯穿距逐渐减小,SMD在喷雾初期随油温增加逐渐减小,随着喷雾的进行逐渐趋于一致。     

环境和燃油温度对丁醇／柴油混合燃料喷雾影响的模拟分析

根据喷雾可视化试验的结果,利用 AVL Fire软件建立了正丁醇柴油喷雾的计算模型,并验证了模型的准确性。再利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了油束的发展过程,计算了环境和燃油温度对混合燃料喷雾特性的影响。研究结果表明：在背压一定时,随环境温度的升高,油束初始速度增加,喷雾贯穿距增加,锥角减小;索特平均直径（SMD）先减小,在达到一定温度后随温度升高,喷雾初期又有所增大,后期趋于一致;随着燃油温度升高,N25喷雾贯穿距逐渐减小,SMD在喷雾初期随油温增加逐渐减小,随着喷雾的进行逐渐趋于一致。     

Study of droplet size and velocity of fuel containing CO2 spray by means of PDA

Injection of fuel containing CO2 has potential to reduce NOx and soot emissions in a diesel engine. This paper presents an experimental study on the spray characteristics of fuel containing CO2 as measured by phase doppler anemometry (PDA). Experiments were performed under atmospheric conditions on diesel hole-type nozzles at constant injection pressure. Effects of CO2 concentration in diesel fuel on the spray pattern, droplet size and velocity were measured. Experimental results show that fuel atomization will improve greatly when the concentration of dissolved CO2 in the fuel exceeds the critical value. The axial and radial velocity of the fuel spray containing CO2 is larger than that of conventional diesel fuel spray near the nozzle exit due to flash boiling phenomena. Downstream of the spray, the radial velocity and droplet size of fuel containing CO2 is much more uniform and smaller than that of pure diesel spray. It is attributed to the greatly enhanced liquid-gas mixing resulting from flash separation of CO2 from the liquid. New insight into the atomization of the fuel containing CO2 was obtained and a possible mechanism to explain the phenomena was proposed. The method may be developed into a new technique for controlling diesel combustion and exhaust emis-sions.     

柴油机喷雾两相流蒸发混合的数学模型研究

提出了预测直喷式柴油机燃油喷雾蒸发和混合过程的数学模型.基于紊流射流的积分方法,在计及喷雾平均油滴直径和油滴分布指数随蒸发过程而变化的情况下,通过气相射流子模型和油滴蒸发子模型的有机结合,使柴油机喷雾两相流的计算大为简化.与复杂的密集喷雾模型相比,本模型的计算工作量很小,而两者的计算结果却符合较好.     

脉冲激光全息技术探测柴油机喷雾方法的研究

在柴油机喷雾全息观测系统上,研究了脉冲激光全息技术探测柴油机喷雾的方法,并着重探讨了同轴全息微粒场密度极限、大密度微粒场全息测量、雾场燃油浓度分析及雾场二维和三维显示等测试问题。文中成功地测量了柴油机喷雾油滴尺寸、频数分布和燃油浓度,实现了喷雾内部构造的可视化,发现和认识了一些新的雾化现象,为柴油机喷雾模型构筑和燃烧过程的研究提供了重要依据。     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

喷油泵转速变化对乳化液喷雾特性的影响

采用高速摄影技术,研究了压力雾化喷嘴对甲醇、水和柴油多组元乳化液的雾化特性.结果表明:当实验工质为乳化液时,提高喷油泵的转速,喷油器喷嘴的有效喷射压力随之上升,喷雾贯穿速度提高,喷雾锥角增大,喷雾的持续时间增长;乳化液和柴油的喷雾有一定的差异,即柴油的喷雾锥角比乳化液的大,喷油器的嘴端压力比乳化液的小,喷雾持续时间也比乳化液的短.     

利用LSD技术对高压共轨柴油机喷雾特性SMD的研究

为更好地研究高压共轨柴油机喷雾特性,搭建了柴油喷雾特性激光测试试验系统,基于激光测试手段,利用平面激光粒径测试技术,对高压共轨柴油机喷雾微观特性—索特平均直径进行定量测量,分别考察不同喷孔直径、不同喷油压力下喷雾索特平均直径随时间的变化.研究表明,随着喷孔直径的增加,在1 600 μs内喷雾场中的平均索特平均直径增大;随着喷油压力的增加,在1 400 μs内喷雾场中的平均索特平均直径相对较小,分布也较均匀;喷雾场中粒径的分布趋于粒径较小的方向集中,因此喷雾场中索特平均直径的形态分布近似服从于概率分布中的非中心F分布,并根据其分布形态拟合出相应的非中心F分布函数.      

应用LDV测量柴油机高压喷雾对空气的卷吸

用猝发信号频谱分析多普勒测速仪（ＢＳＡ－ＬＤＶ）对柴油机高压喷雾的空气卷吸速度进行了测量，并分析了喷雾卷吸空气的量，结果发现，随喷油压力提高，空气卷吸速度增大；随轴向距离的增加，喷雾对空气的卷吸速度由小变大，再逐渐变小；接近喷 雾头部，喷雾对周围空气的作用将由卷吸成为排推，与气体射流比较，柴油机高压喷雾卷吸空气的量约小２／３。     

初始液滴尺寸分布对超高压喷雾大涡模拟的影响

分别在100、200MPa常规喷油压力和300MPa超高压喷油压力条件下,研究了不同初始液滴尺寸分布对柴油喷雾结构的预测性能.基于OpenFOAM开源平台比较了欧拉-拉格朗日喷雾仿真中常用于计算初始液滴尺寸分布的两种方法——Blob和Rosin-Rammler.结果表明:在300 MPa超高喷油压力下,Blob方法和初始液滴平均尺寸为喷嘴有效直径的Rosin-Rammler函数分布对喷雾贯穿距随时间发展的预测几乎没有影响,而减小液滴平均尺寸使喷雾贯穿距稍微降低.虽然初始液滴尺寸分布对索特平均直径(SMD)影响比较大,但随着喷油压力的提高,影响逐渐减小.超高喷油压力会产生大量直径小于1μm的液滴,初始液滴尺寸分布对该尺寸液滴形成过程的计算有重要影响.     

伞帘喷雾燃烧系统喷雾特性的试验研究

柴油机伞帘喷雾燃烧系统通过喷嘴与特殊燃烧室的配合,主要依靠燃油喷雾与壁面的相互作用来促进混合气形成和燃烧,在载油泵试验台上,应用闪光摄影法,研究了压力容器内该燃烧系统的宏观喷雾特性,试验结果表明,中心喷雾碰撞燃烧室底面平台后形成准伞状喷雾,侧向喷雾碰撞燃烧室侧面凸缘后形成帘状喷雾。无论是否存在壁面限制,侧向喷雾锥角变化的总趋势是经过较短时间的减小后达到稳定。喷雾碰壁过程中的侧向喷雾锥角稳定值小于相