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．     

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。     

高压共轨燃油喷射雾化特性的数值预报

利用FLUENT软件,采用WAVE破碎及标准kε湍流模型,对高压燃油喷射雾化过程进行数值模拟研究;在可视化实验平台上,借助高速摄影技术,结合C#语言开发的图像处理软件,分析得出宏观喷雾特性。采用数值模拟方法获得了各种工况下的喷雾贯穿距和锥角等宏观特性的发展规律。研究结果表明:仿真结果与试验结果较吻合。喷射压力越大,喷雾贯穿距越大,喷雾锥角越小;背压越大,喷雾贯穿距越小,喷雾锥角越大;随着喷射时间的增加,单位时间内贯穿距离和喷雾锥角的增加幅度都呈逐渐减小的趋势。     

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.     

发动机缸内环境下二甲醚喷雾特性的试验

采用只能拍摄液态喷雾形态的背景散射法,在定容容器内模拟增压发动机实际压力和温度条件,利用超高速摄像机,观察二甲醚喷雾形态.研究了缸内环境、喷射压力、喷孔直径等因素对二甲醚喷雾特性的影响.结果表明:受喷射速度影响,喷雾贯穿距离随着喷射压力的增加而增大;喷雾液态贯穿距离随喷孔直径的增加而增加;在增压发动机高温、高压条件下,由于缸内气体密度和温度增加,喷雾贯穿距离减小;只在常温条件下,二甲醚喷雾周围才出现液滴;与柴油喷雾相比,二甲醚喷雾蒸发更迅速;2种喷雾的外缘处均呈现卷吸状,柴油喷雾分裂是液滴不断破碎微粒化,二甲醚喷雾分裂则是从喷雾液核开始直接迅速蒸发.     

汽化潜热和黏度对含氧燃料喷雾特性影响研究

通过配比柴油/生物柴油/正丁醇混合燃料、柴油/汽油/正庚烷混合燃料,分别和柴油/2,5-二甲基呋喃混合燃料的汽化潜热和黏度一致。基于高压定容装置,利用高速摄影技术对不同含氧燃料的宏观喷雾特性进行研究,分析汽化潜热和黏度的改变对燃料喷雾锥角和贯穿距离的影响。结果表明:含氧燃料的黏度增大,喷雾锥角和贯穿距离均变小;且对喷雾锥角影响显著。汽化潜热增大,会引起喷雾锥角的降低和喷雾贯穿距的增大。相比于其他两种含氧燃料,柴油/2,5-二甲基呋喃混合燃料在相同试验工况下的喷雾特性更好,有利于增强燃料雾化混合质量。     

GDI喷油器超高压乙醇喷雾微观特性试验

为系统研究超高喷射压力下缸内直喷(GDI)喷油器乙醇喷雾的微观特性,采用相位多普勒粒子分析(PDPA)系统对10~50,MPa喷射压力下的喷雾进行了测试,并结合纹影法所获取的喷雾图像分析了喷雾形态发展、液滴粒径粒速的空间分布及随时间的变化规律.研究结果表明:提高喷射压力,枝状结构形成时刻提前,喷雾破碎过程加快;提高喷射压力,喷雾头部粒速增加,贯穿距变大;喷雾锥角随喷射压力的提高小幅度上升;提高喷射压力,乙醇液滴的索特平均直径(SMD)、DV90和DV50明显下降,但DV10下降幅度相对较小,处于剧烈破碎区的液滴粒径减小;超高压喷射有效抑制了25,μm以上大粒径液滴生成,降低粒径分布的离散程度,粒径为5,μm左右的液滴数量比例最大;超高压喷射下,在同一水平面不同测点位置,SMD的差异较小;随着测点距喷孔距离的增大,小液滴聚合现象会导致SMD变大.     

空气喷射量对空气辅助喷射喷雾特性的影响

利用激光粒度仪分析了空气辅助喷射喷雾索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)的变化规律,并且分别在定容弹及光学发动机上开展了喷雾特性(喷雾锥角和贯穿距离)的试验研究,引入喷雾半锥角(α角和β角)的概念用以分析在有进气气流时空气喷射量对喷雾特性的影响.结果表明,增加空气喷射量可以改善燃油的雾化效果,特别是当喷雾燃空比γ小于0.8时,喷雾的SMD会有明显降低;在定容弹内空气喷射量的增大会使喷雾锥角减小,但对贯穿距离的影响不大;在光学发动机内由于进气气流的影响,空气喷射量的增加会使喷雾锥角增大,贯穿距离变小,同时喷雾锥角随时间的变化趋势也明显不同于定容弹内的试验结果.     

酸化油生物柴油喷雾特性试验

燃油的物理特性对喷雾过程有着重要的影响,本文利用高压共轨燃油喷射系统、定容弹（CVB）、纹影仪和高速摄像机,从贯穿距离和喷雾锥角等方面来探究酸化油生物柴油和普通柴油在高背压下喷雾特性的不同。研究结果表明：喷射背压为2 MPa 时,相同喷油压力下酸化油生物柴油的贯穿距离小于普通柴油;而在1 MPa背压时,其大于普通柴油。酸化油的喷雾锥角在两种背压下均小于普通柴油,而喷雾头部宽度大于普通柴油且相对较不规则。     

直喷汽油机喷嘴积碳对喷雾的影响

利用纹影法,在定容燃烧弹中对直喷汽油机喷油器进行喷雾特性试验,对比了未积碳喷油器、积碳喷油器和物理清洗过的积碳喷油器在不同喷射压力下的喷雾形态、喷雾锥角以及贯穿距离.结果表明:积碳后喷油器雾化质量较差,喷雾锥角和贯穿距离明显小于未积碳喷油器的喷雾锥角和贯穿距离,提高喷射压力后这种差距有所缩小;积碳喷油器单束油束贯穿距离差别较大,积碳后喷油器流量显著降低,且随喷油压力的增加,积碳喷油器流量的变化更为显著;扫描电子显微镜显示喷油器各喷孔积碳程度不一致,经X射线能谱分析检测后发现,机油中的某些成分以及摩擦产生的金属碎屑对积碳的形成起到促进作用.     

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。     

涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放影响的数值研究

涡流对船用柴油机的喷雾燃烧及排放过程起着至关重要的作用.基于雷诺平均模拟方法(RANS)结合KHRT液滴破碎模型和CTC/Shell燃烧模型研究了涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放的影响.首先对重油喷雾进行标定,标定后模拟贯穿距与实验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,通过对比环境涡流下不同喷射角的喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD),研究了涡流对重油喷雾的影响.结果表明,涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用力可抑制喷雾轴向贯穿距的发展,增加了液滴与环境气体的相互作用进而促进喷雾雾化和蒸发;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿,但喷雾蒸发较差.进一步对CTC/Shell燃烧模型进行标定,标定后模拟放热率与实验数据吻合良好.最后基于验证的喷雾燃烧模型,研究了涡流比对船用柴油机喷雾燃烧和排放的影响.结果表明:一定范围内随着涡流比增大,喷雾液滴更加分散,喷雾气相蒸发加强,导致缸内燃烧更加剧烈,缸内最高爆发压力和最高温度升高,氮氧化物(NO_x)排放增多.     

超高喷射压力下GDI喷油器喷雾宏观特性

为了探究在超高喷射压力下GDI(gasoline direct injection)喷油器喷雾的宏观特性,采用阴影法对喷射压力为5~60 MPa的喷雾进行测量,分析喷射压力对油束发展历程、贯穿距离、喷雾锥角、喷雾面积以及喷油器尾喷现象的影响,并通过对DENT经验公式进行修正,得到超高喷射压力下汽油的贯穿距离计算公式。研究结果表明:喷射压力的提高能够促进喷雾外围"分支状结构"的生成;喷射压力的提高使贯穿距离明显增大;喷雾面积随喷射压力的提高有所增加,但增幅逐渐减小;喷射压力每增加10 MPa,喷雾锥角峰值平均增加1.5°;当喷射压力达到30 MPa及以上时,喷油器尾喷现象基本消失;随着喷雾发展,贯穿距离和喷雾面积均呈现一定程度的线性增大;喷雾锥角呈先上升后下降,最后稳定在82°左右的趋势。     

船用柴油机超高压共轨系统喷雾特性试验研究

利用自行设计的超高压共轨系统喷雾试验平台,开展了超高压共轨系统喷雾特性的试验研究.从油束形态、喷雾贯穿距以及喷雾锥角方面出发,系统定量地分析了喷油压力和喷油规律对船用柴油机喷雾特性的影响,为进一步改善船用柴油机性能提供了理论依据.结果表明:通过控制超高压共轨系统中电控增压器电磁阀和喷油器电磁阀的开启时间,可以实现变压力和变喷油速率喷射;随着喷油压力的升高,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐增大,但当喷油压力超过200 MPa后,其对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响越来越小;随着喷油规律由矩形变化到靴形,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐减小,且喷油压力为150 MPa的矩形喷油规律的喷雾贯穿距大于喷油压力为200 MPa的靴形喷油规律的喷雾贯穿距,这进一步表明了喷射初期的压力是决定喷雾贯穿距的最主要因素.     

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。     

基于DPM的旋芯喷嘴的雾化特性

基于离散相模型(DPM)对旋芯喷嘴雾化特性进行了数值计算,本模型中液滴破碎采用泰勒相似破碎模型(TAB).利用文本采样追踪手段记录雾化颗粒特性参数分布规律,分析喷雾压力和初始喷射角对雾化特性参数的影响.研究表明:细水雾颗粒轨迹呈非正规的中空圆锥状雾炬,雾滴颗粒主要分布在雾炬外围,在雾炬中心处几乎没有.雾滴颗粒的轴向速度随着喷雾轴向距离的增大呈降低趋势;雾滴直径随着喷雾轴向距离的增大呈先减小后缓慢增大的趋势.喷雾压力越大,喷雾方向同一截面位置的雾滴直径越小;初始喷射角越大,喷雾方向同一截面位置的雾滴直径越小,但这是以缩短喷雾射程为代价的.     

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.     

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.