气泡在水中的之字形与螺旋上升轨迹机理研究

为了深入研究气泡在水中自由上升轨迹为之字形或螺旋形的运动机理，通过实验观察气泡上升运动过程及形状变化，从宏观受力的角度，将气泡路径和尾涡耦合起来，从两个正交角度进行拍摄，获得了气泡三维运动轨迹，分析了其运动波动特征，从浮力和尾涡牵引力的动态平衡解释了气泡之字形运动的机理。结果表明，之字形运动是由于气泡尾部涡的脱落及边缘负压大小的变化导致的，具体形成之字形还是螺旋形轨迹取决于低压点转移路径——沿经线还是纬线。对于扁平气泡，低压点沿经线转移，形成之字形轨迹；对于球度较圆气泡，低压点沿纬线转移，从而形成螺旋形运动轨迹。螺旋轨迹较之字形轨迹上升速度更快，振动频率更低。     

环境温度对甲醇/汽油发动机冷起动排放影响的研究

在一台4缸进气道喷射汽油机上,研究了环境温度在从15℃下降到-25℃的过程中,4种甲醇汽油混合燃料低温冷起动的排放特性.结果表明:在试验环境温度下添加甲醇均能显著减少冷起动阶段HC和CO的排放.在冷起动过程中,HC的平均排放随着环境温度的降低而呈指数增加;随着甲醇添加比的增大,HC排放的增加量逐渐减小,当甲醇的体积分数超过30%时,HC排放减少得并不明显.CO平均排放随环境温度的变化趋势与HC有所不同,当环境温度从5℃下降到-7℃时,CO排放增加了约10倍,随着温度的继续下降,CO排放变化不大.甲醛和甲醇非常规排放随着甲醇添加比的增大而增加,随着环境温度的降低而增加.     

乙醇汽油发动机排放特性研究

在一台JL368Q3多点电喷汽油机上，开展了乙醇汽油（不同掺混比）发动机排放特性的研究，并用GC2010气相色谱仪测量了排气中未燃醇醛的排放浓度．试验结果表明：在发动机运转参数相同的条件下，燃用E10、E20（乙醇的体积分数分别为10％、20％）混合燃料时，发动机的CO和NOx排放有了较好的改善，降幅可分别达到15％和5％，但在高负荷时发动机的HC排放增加；乙醇汽油发动机排气中的醇醛排放随发动机的转速和负荷增加而增加，其中乙醛排放随燃料中乙醇含量的增加而增加；经过三效催化转化后，乙醇汽油发动机的醇醛在大部分工况下可以实现零排放．     

甲醇汽油发动机醇醛排放特性及其影响因素研究

在一台JL368Q3汽油机上分别燃用汽油和M10(甲醇、汽油体积比为1∶9)甲醇汽油混合燃料,并利用气相色谱仪(氦离子化检测器)实验研究了甲醇和甲醛的排放特性及点火提前角对醇、醛排放的影响.结果表明,甲醇排放来源于燃油,其受最高燃烧温度影响较大,该排放将随着发动机转速和排气温度的升高而降低.甲醛由碳氢和甲醇在排气管中经氧化而生成,其排放量随着发动机转速和排气温度的提高而增加.汽油机的甲醛排放量随着转矩的增大先增后减,在中、高负荷时,M10发动机甲醛排放量为汽油机的1.5～4.5倍,随着发动机转速的提高,这2种负荷下的甲醛排放量差距减小.     

甲醇对甲醇汽油混合燃料发动机碳氢排放贡献率的定量研究

在一台JL368Q3型汽油机上,通过考察发动机燃用体积分数分别为10%、20%和85%的甲醇汽油混合燃料时甲醇和碳氢(HC)的排放特性,研究了甲醇和汽油各自的排放率随发动机排气温度的变化规律和甲醇掺混比的影响,以及甲醇对发动机碳氢排放的贡献率。试验结果表明:甲醇掺混比对甲醇排放率的影响不大,在各掺混比下,甲醇排放率均不超过8g/kg,且随发动机排气温度的升高呈现指数降低的趋势;汽油的碳氢排放率比甲醇排放率高一个数量级,甲醇体积分数为10%时发动机的碳氢排放率在中高负荷时最低,约为40g/kg;在各甲醇掺混比下,汽油均是发动机碳氢排放的主要来源,甲醇对发动机碳氢排放的贡献率不超过8%。     

黏性涡环的失稳与多级分叉行为

为了探究液滴撞击液池形成涡环的长期演化行为，以不同浓度的甘油水溶液为对象，研究其在滴入水池后的形态变化，通过高速摄像机对整个过程进行捕捉，发现其由初始液滴形态转变为涡环再到涡环失稳的一系列演化行为，之后分析其失稳与分叉的变化规律与主要影响因素。最后建立了涡环下沉速度的物理模型并进行了数学推导，建立了涡环前锋与尾部的运动无量纲表达式。研究表明，液滴入池后形成的涡环均不会一直稳定生长，而是在某一时刻发生失稳，失稳时刻与液滴本身属性有关。涡环解体为数个下沉的“手指”,在其下沉一定距离后，“手指”前锋沿其运动方向的垂向发生分叉，分叉后继续下沉，并重复出现自相似的分叉行为，且新产生的分叉前锋开始会获得一定程度的相对加速，最终涡环分解为一簇形如“皇冠”的分叉树。自始至终，其前锋与尾部运动均符合衰减运动的规律。本文对于由液滴撞击液池形成的涡环在池中的演变过程进行了时间和空间的拓展，且其由稳定涡环到突然失稳从而转变为分叉树的行为对流体中最复杂的湍流现象的形成机理具有一定的启发意义。     

温度对乙醇氧化产生乙醛排放的影响

为了研究温度对乙醇氧化产生乙醛排放的影响,配置了乙醇标准气,并将流反应器置于发动机排气管中;在变温和恒温环境下,利用发动机排气温度环境和气相色谱氦离子化检测器的快速检测方法,研究了温度对乙醇氧化的影响。结果表明:乙醇起始氧化温度约为723K,乙醛随着温度的升高呈现先增加后降低的趋势;变温环境下不同流速时乙醛生成和氧化的临界温度区间为832~870K,在临界温度区间内乙醛的质量浓度最高;低于临界温度时乙醛的质量浓度随着温度的升高而提高;750~870K为乙醛快速生成的温度区间,高于临界温度时乙醛的质量浓度随着温度的升高而降低。     

柴油机颗粒物可溶有机组分来源研究

在一台欧Ⅱ排放水平的增压中冷SOFIM8140柴油机上,利用气相色谱法研究了柴油和润滑油对发动机颗粒排放中可溶有机物(SOF)组分的影响,考察了发动机运转参数对SOF组分的影响规律。实验结果表明:SOF组分的碳数分布在C14～C30范围内,其中大部分质量集中于C23～C30,为润滑油成分;转速一定时,随着发动机负荷的增加,润滑油组分增加,柴油组分降低,润滑油组分占SOF总量的比例(质量分数)由60%增加到88%;全负荷时,随着发动机转速的提高,柴油组分降低,润滑油组分先大幅降低后略微增加,润滑油组分占SOF总量的80%以上且随转速变化不大。