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。     

燃油喷雾撞击高温壁面的形态特征研究

内燃机的高强化发展导致壁面温度上升,燃油撞壁现象难以避免.燃油喷雾撞击高温壁面对混合气形成有重大作用,进而影响燃烧过程和碳烟排放.文中利用背光法在流动式定容燃烧弹上对柴油喷雾撞击高温壁面的形态特征进行试验研究,分析了喷油压力、背景压力和壁面温度对近壁面喷雾形态特征的影响.结果表明：喷油压力越大,壁面漩涡出现时刻越早,且对铺展半径和卷吸高度的增大起明显的促进作用.背景压力越大,撞壁时刻延迟,铺展半径和卷吸高度下降,背压对铺展半径的影响超过对卷吸高度的影响.壁面温度越高,漩涡出现时刻越早,撞壁油束的铺展半径和卷吸高度越大,但当壁温达到莱顿弗罗斯特温度时,壁面传热模式改变,铺展半径和卷吸高度发生突降.针对所引入的综合影响系数,研究表明喷油压力的变化对卷吸高度的综合影响系数最大,最后文中基于研究规律拟合了结合壁面温度的铺展半径和卷吸高度的经验公式.     

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。     

壁温和机油油膜对喷雾撞壁后发展的影响

为研究壁面温度和机油油膜对缸内直喷汽油(GDI)发动机喷雾撞壁后发展的影响,运用阴影法成像系统和相位多普勒激光测试系统(PDA)对喷雾撞壁后反弹高度、扩散距离以及特征点的粒径粒速做了试验研究.结果表明:壁温的升高或机油油膜的存在对喷雾撞壁后反弹和扩散起明显的促进作用.但是,当壁面达到莱顿弗罗斯特效应温度后,撞壁喷雾的反弹高度和扩散距离又开始减小.壁温的升高或机油油膜的存在,都会使喷雾轴线测点处法向速度向上的液滴比例增加,且喷雾边缘测点处液滴的切向平均速度明显增大.壁温的升高使喷雾撞壁后液滴的粒径分布向更小粒径的方向偏移,液滴粒径的算术平均值减小,但100,?m以上"超大液滴"的出现使轴线测点处液滴的索特平均直径增大.机油油膜的存在使喷雾撞壁后液滴粒径的算术平均值减小,但索特平均直径增大.     

直喷汽油机喷雾撞壁特性试验与模拟

为了研究缸内直喷汽油机喷雾撞壁特性,建立了可视化喷雾试验台,测量了撞壁喷雾的高度、喷雾半径及喷雾远端发展速度.对喷雾撞壁过程进行了三维数值模拟,利用试验数据进行了校核.通过试验和模拟,分析了不同喷射压力、环境背压、喷嘴到壁面的距离、壁面倾角及壁面温度等因素对撞壁喷雾特性的影响.结果表明:环境背压的增大导致撞壁喷雾的高度...     

喷油参数对汽油机冷起动可燃混合气形成的影响

采用计算流体力学软件对进气道喷射汽油机冷起动时前3个循环可燃混合气的形成进行了三维数值计算,采用多组分燃油模型研究了喷油量、喷油时刻、喷油位置、燃油温度以及2次喷射对混合气形成的影响规律。结果表明:随着喷油量的增加,缸内当量比线性上升,但过高油量将抑制燃油蒸发;在闭阀喷射时,过早喷油使得燃油蒸发率下降,进气阀背面喷油位置的燃油蒸发率大于进气道底面;在开阀喷射时,混合气形成不均匀,气阀内侧缸内附壁油膜最少,当量比最大;燃油温度过高可抑制油膜蒸发;2次喷射有益于缸内当量比提高,附壁油膜减少。     

喷油时刻对高速缸内直喷汽油机性能的影响

汽油缸内直喷（gasoline direct injection, GDI ）技术有利于发动机的进气过程,表现出较好的NOx 排放和燃油经济性,被广泛运用于乘用车领域。喷油起始时刻（start of injection, SOI ）严重影响着缸内油气混合的均匀性,进而对发动机的燃烧和排放性能产生影响。本文通过Converge软件对某款高速GDI发动机进行仿真分析,研究不同SOI条件下发动机的性能变化。研究结果表明：发动机高速运行时,在缸内气流和燃油束气流的共同作用下,缸内左侧形成强滚流团,混合油气向进气侧方向聚集。随SOI延后,喷雾撞壁时刻推迟,燃油在缸内的破碎效果得到加强,但不利于顶面油膜蒸发,火花塞处形成不同浓度的混合油气。对比发现400° CA为最佳喷油时刻,此时缸内油气混合均匀性最好,燃烧重心提前,缸内最大爆压达到10.5 MPa,动力性能和燃油经济性得到提升;燃油的充分燃烧以及缸内燃烧温度的增加使CO和THC排放减少,但NOx排放有所增加。     

高海拔模拟环境下柴油机燃烧粗暴可视化试验研究

基于一台可视化快速压缩机试验平台,结合高速摄影和瞬态压力测试等手段,通过调控燃烧边界条件开展了高海拔(4 500 m)模拟环境下柴油机燃烧粗暴可视化试验研究.选择4种不同十六烷值(CN)的柴油燃料,研究了喷油压力和燃料十六烷值对柴油喷雾撞壁过程和燃烧粗暴强度的影响.研究结果表明:燃油喷雾撞壁和燃料十六烷值对燃烧粗暴特性影响显著.在喷雾撞壁工况下,提高喷油压力会使自燃时刻提前,自燃反应前锋的传播速度加快,燃烧粗暴强度增加;在相同喷油压力情况下,延长喷雾撞壁距离却使峰值压力显著下降,同时降低了燃烧粗暴倾向.同时,低十六烷值燃料的燃烧粗暴倾向明显高于高十六烷值燃料.然而,对于CN<45的柴油而言,降低十六烷值并不会使燃烧粗暴强度发生显著变化,说明低十六烷值燃料的燃烧粗暴特性对喷油压力和撞壁距离更加敏感.通过分析高速摄影图像发现,燃烧粗暴起源于近壁面混合气自燃,超音速自燃反应前锋在封闭燃烧室中的传播可诱发压力振荡,从而有可能会加速燃烧室核心部件损坏和烧蚀.研究结果对于高海拔重型柴油机燃烧过程优化和燃烧粗暴控制具有重要现实意义.     

燃烧室几何尺寸对喷雾碰壁过程的影响

运用CFD软件对小缸径柴油机三种燃烧室进行了两相喷雾碰壁过程的数值模拟,考察了不同燃烧室形状对碰壁后燃油沿壁面运动、蒸发过程的影响,并比较了近壁面区域燃油浓度和缸内速度场的分布情况.结果表明,燃烧室的几何尺寸对缸内流场有着重要影响,不同的燃烧室对碰壁处燃油堆积程度明显不同,φ℃A=380°时,B型燃烧室燃油堆积情况较A型与C型严重,这主要受凹坑内壁面不同曲率的影响.当活塞运行到φ℃A=390,°碰壁点移动到挤流唇时,进入挤流区的燃油受缸内逆挤流的影响,其发展形态存在很大差异,A型与B型燃烧室油束前锋略微翘起,将有助于避免与缸壁发生“淬冷”,降低未燃HC的排放.在φ℃A=400°时,活塞下行使三种燃烧室后期的流场涡团各异,并直接影响燃油蒸气的分布.     

超高压喷射条件下非常态燃油缸内喷雾特性

为了研究超高压喷射条件下缸内非常态燃油的雾化特性,分析非常态燃油各个物性参数与压力之间的关系;搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架,在AVL FIRE平台上对喷雾过程进行三维数值仿真;利用喷雾发展的试验结果验证仿真模型的准确性,并研究喷射背压、喷孔直径对燃油雾化特性的影响。研究结果表明:在超高压喷射条件下,燃油密度、音速和弹性模量的增大有利于油滴在喷嘴出口处获得较大的湍动能,进一步提高燃油的雾化质量;喷射背压增大时油束与缸内空气之间的能量交换加剧,射流扰动增强,加剧了油滴的二次破碎;随着喷孔直径增大,油束的初始湍动能增加,有助于气态燃油向燃烧室四周和底部扩散发展。     

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     

双缸柴油机曲轴主轴承弹性流体动力润滑分析

运用AVL EXCITE PU软件建立双缸机柴油机曲轴主轴承弹性流体动力润滑计算模型,计算分析了发动机最大扭矩转速下主轴承受力、最小油膜厚度、最大油膜压力、轴心轨迹等。结果表明,该双缸柴油机主轴承润滑良好,最小油膜厚度、最大油膜压力均在限值以内,符合设计要求。     

燃烧室参数对某柴油机高功率密度_快速燃烧性能的研究

为了研究燃烧室参数对某高功率密度单缸机快速燃烧的影响,保证压缩比不变的前提下,建立了三种不同径深比的燃烧室方案,采用AVL FIRE软件对该单缸机燃烧过程进行了模拟计算;分析了径深比对气流分布、喷雾特性以及燃烧性能的影响,仿真结果表明:径深比由3.49变化到5.73的过程中,湍流混合速率先增大后减少,湍动能下降,挤流区域处的速度值降低,喷雾贯穿距增加,油束向凹坑壁面发展,剩余液态燃油量增加;径深比为4.40的Ⅱ型燃烧室动力性能较好,更有利于扩散燃烧。     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

内燃机缸筒-活塞环的润滑与密封分析

推导出内燃机的缸筒与活塞环之间润滑油膜厚度和活塞环气体密封的分析模型,给出了实用的数学公式．并且对具体的发动机进行了计算．     

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。     

大功率车用柴油机燃用航空煤油的燃烧仿真研究

建立了大功率车用柴油机燃用柴油和航空煤油的缸内燃烧模型。该模型利用喷雾试验结果对KH-RT破碎子模型进行了标定,同时耦合了燃油的化学反应动力学机理,具有较高的仿真精度。计算结果表明:相比柴油,柴油机燃用航空煤油喷雾破碎过程中雾化质量提高;燃烧过程中缸内滞燃期缩短,放热率峰值下降,缸内机械负荷及热负荷均得到缓解;柴油机燃用航空煤油在标定工况点相比燃用柴油功率下降5.8%,油耗率相当。     

磨合过程的摩擦学设计研究

利用磨合过程的数学模型分析了内燃机转速、负荷、缸套和活塞环的初始表面粗糙度以及润滑剂粘度等因素对内燃机磨合过程的影响。同时对内燃机磨合过程的摩擦学设计进行了理论上的分析和探讨,利用优化理论对活塞环顶环的剖面形状和磨合过程中内燃机转速和负荷的分配进行了研究。计算结果表明,非对称的活塞环剖面形状可以提高摩擦副的油膜厚度,从而降低磨合失败的可能性;而转速和负荷的合理分配则可以有效缩短内燃机的磨合进程。     

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．     

柴油机活塞环组-缸套润滑状态和摩擦功耗的分析方法和应用(英文)

本文研究了表面粗糙度对柴油机活塞环—缸套摩擦副润滑性能的影响。文中考虑了温度效应,从而克服了以往分析这类问题的数学模型所存在的缺陷。此外,文中还介绍了本文作者在S195柴油机内按装的测量油膜厚度的遥测新方法。测量结果和分析计算结果一致。最后,文中还定量地给出了S195柴油机活塞环组摩擦功耗的大小。