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。     

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.     

燃油荷电喷雾燃烧的冷态试验研究

喷雾燃烧是燃油的基本燃烧方式 ,改善雾化是提高燃烧效率、降低排放的关键 将静电技术应用于燃油喷雾燃烧 ,目的是研制一种全新的燃油燃烧技术———荷电喷雾燃烧 本文是对这一燃烧方式进行冷态荷电喷雾的试验研究 ,在试验研究过程中研制了燃油荷电装置、荷质比测定装置、燃油雾滴的捕集液 ,准确地进行了荷质比、雾滴粒径的测量 并首次将PIV技术应用于荷电喷雾的试验研究 ,结果表明 :在相同条件下 ,燃油荷电后将使雾滴粒径降为非荷电时的 5 0 %左右     

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．     

发动机燃用煤合成柴油的试验

通过在单缸直喷式柴油机上进行燃用F-T(Fischer-Tropsch)柴油和0号柴油的对比试验,分析了发动机燃用F-T柴油和0号柴油的燃烧特性和排放特性.与燃用0号柴油相比,燃用含50%F-T柴油、75%F-T柴油的混合燃料及纯F-T柴油时的有效热效率、经济性和排放特性都有显著改善,其中有效热效率分别提高4.92%、5.22%和6.38%;燃油消耗率分别降低2.15%、2.61%和2.87%;NOx排放量平均分别降低78.2%、85.6%和90.1%;CO排放量分别平均降低91%、93.7%和96.5%;CO2排放量分别平均降低77.6%、82.3%和87.5%;纯F-T柴油的排气温度比燃用0号柴油平均降低3.5%.试验结果表明,F-T柴油是柴油机良好的清洁代用燃料.     

蔗糖水溶液乳化柴油对发动机性能的影响研究*

在一台双缸直喷式柴油机上,对燃烧蔗糖水溶液乳化柴油时发动机的燃油经济性和排放性进行试验。分析结果表明:在柴油机参数不做改变的情况下,与纯柴油相比,蔗糖水溶液乳化柴油的动力性有所下降,当量燃油消耗率和碳烟以及CO排放量在中高负荷工况下都有明显降低,NOx排放在各种工况下都显著降低;但HC的排放量增加。与乳化柴油相比,蔗糖水溶液乳化柴油的动力性升高,当量燃油消耗率和碳烟以及CO排放量在中低负荷时有所增加,大负荷时明显降低;NOx的排放量在中小负荷时明显减少,大负荷时略有增加,HC排放在各种工况下都显著降低。     

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。     

可变截面涡轮增压器与废气再循环

以一台重型柴油机为试验对象,研究可变截面涡轮增压器(VGT)和废气再循环(EGR)阀门开度对柴油机增压比、空燃比、燃油消耗率及NO_x,CO,HC,CO2和烟度等排放特性的影响.研究结果表明,随着EGR阀门开度的增大,增压比、空燃比降低,经济性变差.EGR阀门开度和VGT阀门开度对NO_x排放影响很大,随EGR阀门开度和VGT阀门开度增大,NO_x排放的体积分数显著降低,但HC,CO,CO2的体积分数和烟度升高.为实现降低NO_x排放的同时控制燃油消耗率和烟度的升高,可在中等负荷时选择EGR阀门开度50%、VGT阀门开度45%的控制策略;在高负荷时选择EGR阀门开度75%、VGT阀门开度55%的控制策略.     

应用激光全息术研究轴针式喷嘴燃油喷雾特性

本文应用调Q红宝石激光全息照相技术,对轴针喷嘴的燃油喷雾特性进行了研究,证实了喷雾初始段内部存在一个空心的内区,并在广安博之的孔式喷雾分裂长度公式的基础上,提出了应用于轴针喷嘴喷雾的准分裂长度半经验公式,同时还对粒径的空间分布特性进行了测定分析.     

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%。     

燃油喷雾气液两相三维浓度的同步激光测量

燃油喷射瞬态雾化、蒸发及与空气混合过程的研究，是目前国内外柴油机燃烧与净化研究的前沿课题。利用激光技术与计算机图象处理技术，首次提出了对燃油喷雾蒸发过程中，气液两相的油滴密度与燃气浓度的三维分布，进行动态非接触同步定量测量的理论，通过自建的测试系统，给出了部分试验结果，为柴油机燃烧性能及排污的进一步改善提供了一定的理论依据。     

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.     

直喷式柴油机燃用生物柴油的性能与排放

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台四缸涡轮增压直喷式柴油机上进行不同掺混比生物柴油与柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放特性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷碳烟排放基本相同,大负荷碳烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和碳烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

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.     

生物柴油-柴油混合燃料性能和排放的实验研究

实验研究了由地沟油甲酯化得到的生物柴油和柴油的混合燃料在单缸四冲程柴油机中的燃烧性能和尾气排放,生物柴油的添加体积分数分别为10%,20%和30%.结果表明,由于生物柴油热值较低,混合燃料的油耗率比纯柴油高出10%左右;NOX,CO和CO2的排放浓度随柴油机输出功率的增大而升高,随着生物柴油浓度的升高,NOX和CO2的排放浓度呈先上升后下降的趋势,而CO的排放浓度则逐渐降低至纯柴油的排放水平;尾气烟度随生物柴油浓度的增加而明显降低.     

新型氧化添加剂EGM影响柴油机性能和排放特性的研究

提出了用含氧柴油添加剂EGM降低柴油机碳烟排放的方法，建立了超声波EGM-柴油在线混合装置，在4JB1直喷柴油机上试验研究了含氧添加剂对发动机性能和排放特性的影响。结果表明，在大负荷时随着混合燃料中的EGM增加，碳烟和CO的排放显著降低；对NOx的排放影响很小；在小负荷时HC的排放增加。     

新型氧化添加剂EGM影响柴油机性能和排放特性的研究

提出了用含氧柴油添加剂EGM降低柴油机碳烟排放的方法,建立了超声波EGM-柴油在线混合装置,在4JB1直喷柴油机上试验研究了含氧添加剂对发动机性能和排放特性的影响。结果表明,在大负荷时随着混合燃料中的EGM增加,碳烟和CO的排放显著降低;对NOx的排放影响很小;在小负荷时HC的排放增加。     

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。