基于灰色关联分析的生物柴油微观喷雾特性研究

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素,对B100（棕榈油生物柴油）、N10（生物柴油的体积分数为90%,正丁醇的体积分数为10%）和N20（生物柴油的体积分数为80%,正丁醇的体积分数为20%）的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性,分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径D_(SMD)的变化趋势,并在此基础上通过灰色关联理论,计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油D_(SMD)的影响程度。结果表明：B100的D_(SMD)从轴向长度5 mm处的106.74 μm降低到轴向长度70 mm处的57.98 μm,且随着正丁醇掺混比的增加,雾化油滴的轴向速度与D_(SMD)都有所减小。随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大,3种生物柴油的D_(SMD)均呈下降趋势,雾化质量得到改善,通过D_(SMD)的灰色关联计算,得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与D_(SMD)之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5,说明背压对D_(SMD)的影响最大,喷孔直径与喷射压力次之,正丁醇掺混比对D_(SMD)的影响最小。     

生物柴油微观喷雾的灰色关联分析

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素,对B100(棕榈油生物柴油)、N10(生物柴油的体积分数为90%,正丁醇的体积分数为10%)和N20(生物柴油的体积分数为80%,正丁醇的体积分数为20%)的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性,分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径DSMD的变化趋势,并在此基础上通过灰色关联理论,计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油DSMD的影响程度。结果表明:随着正丁醇掺混比的增加,雾化油滴的轴向速度与DSMD都有所减小,B100的DSMD从轴向长度5mm处的106.74μm降低到轴向长度70mm处的57.98μm;随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大,3种生物柴油的DSMD均呈下降趋势,雾化质量得到改善。通过DSMD的灰色关联计算,得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与DSMD之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5,说明背压对DSMD的影响最大,喷孔直径与喷射压力次之,正丁醇掺混比对DSMD的影响最小。     

生物柴油/柴油混合燃料喷雾特性

为了研究生物柴油及其与柴油混合燃料的雾化质量,在燃油雾化质量评价理论的基础上,采用高分辨率数码照相机对纯柴油、纯生物柴油以及两者混合燃料的喷雾特性进行了对比研究;计算分析了喷雾锥角、喷雾油滴的尺寸数目分布、尺寸累计体积分布、平均直径、特征直径和发散边界.结果表明:随着生物柴油掺混比的增大,喷雾锥角减小,喷雾油滴的平均直径增大,油滴尺寸数目分布曲线和累计体积分布曲线向大颗粒方向偏移,发散边界减小;大颗粒油滴数目增多和油滴的发散程度缩小,说明混合燃料中生物柴油的掺混比越大,雾化质量越差.     

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。     

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．     

柴油喷雾贯穿距影响因素灰色关联分析

由于燃油的喷射、雾化、蒸发以及与空气的混合等过程对发动机的燃烧和排放特性有重要影响,以柴油喷雾的主要特征尺寸喷雾贯穿距为研究对象,采用纹影法成像技术,研究了不同喷油脉宽、喷油压力和环境背压下定容弹中柴油的喷雾形态,得到不同工况下的柴油喷雾贯穿距,然后应用灰色关联理论分析这3个因素对喷雾贯穿距影响程度.结果表明:在相同喷油压力和脉宽下,喷雾贯穿距随背压的增大而减小;在相同背压和喷油脉宽下,喷雾贯穿距随喷油压力的增大而增大;喷油压力对喷雾贯穿距的影响最大,背压次之,喷油脉宽影响最小.     

喷射压力对生物柴油喷雾特性的影响

基于WAVE和KH-RT这2种液滴破碎模型分别对定容燃烧弹内生物柴油喷雾过程进行数值模拟,利用定容燃烧弹试验台架获取生物柴油喷雾过程,通过数值模拟的计算结果与试验参数对比确定最佳的液滴破碎模型。进一步研究喷油压力对生物柴油的喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)、速度场以及浓度场的影响并与柴油进行对比,结果表明:提高喷射压力,对2种燃料的喷雾贯穿距离都有较大影响,而对其喷雾锥角的影响均较小,但能大幅度降低SMD且均能提高燃料的喷射速度,更易于燃料的破碎蒸发。对比相同工况,生物柴油的破碎雾化效果较差。     

结构参数对生物柴油用电控单体泵嘴端压力波动仿真分析

利用GT软件搭建了不同体积配比生物柴油电控单体泵喷射系统计算模型。通过研究不同喷孔数目、喷孔直径、针阀弹簧预紧力等参数改变对喷嘴端压力的影响,由计算表明:喷孔数目为4个,喷孔直径为0.2 mm,针阀弹簧预紧力为600 N,采用生物柴油B5时电控喷射系统嘴端压力波动较小,性能最佳。该研究可为电控喷射系统燃用生物柴油对喷嘴端压力波动变化提供一定的依据。     

柴油机电控组合泵系统喷油特性分析

针对某中速柴油机燃油系统电控化改造,采用IFR600喷油规律测量仪,研究了喷孔直径、高压油管尺寸、泵出口节流、喷射背压和喷油器针阀开启压力对喷油规律、喷油量、循环喷油量波动及喷射延迟的影响.结果表明:采用0.26 mm喷孔直径时,喷油规律较好、喷射压力高,循环喷油量的波动小;采用新高压油管、有泵出口节流和高针阀开启压力时,喷油速率和喷油量均减小,但泵出口节流引起喷油量下降较大,且喷射压力下降,不宜采用;喷射背压增大会引起喷油速率减小,实际喷油规律与测量得到的喷油规律不同;泵出口节流和高压油管尺寸对循环喷油量波动的影响显著;各因素对喷射延迟均有影响,但开始喷射延迟的变化小于结束喷射延迟.试验分析结果为该柴油机电控燃油系统的结构参数优化提供相关的理论依据.     

柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟

为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型,并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析,得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律:随着喷油嘴入口处的曲率半径增大,喷孔内气相体积分数越来越小,空穴层的厚度也越来越薄,高压喷油嘴雾化性能变差;随着压力波动幅度的减少,喷油嘴出口质量流量变化越来越小,有利于喷油嘴喷油量的精确控制;燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强,但是压力的增大更有利于空穴增强,从而有利于燃油雾化.     

高压条件下椭圆孔喷雾破碎雾化分析

为研究椭圆喷孔的雾化机理,采用LES与VOF相耦合的数值模型对椭圆喷孔在背压3 MPa时,不同高喷射压力下(120、140和160 MPa)初次破碎的换轴现象与分解过程进行研究,并结合圆孔与椭圆孔的远场雾化试验,分析了初次破碎对远场喷雾的影响.结果表明:椭圆孔在高喷射压力下也会出现换轴现象,且换轴现象的次数会随着喷射压...     

弹性模量对生物柴油喷油时刻影响的研究

为研究燃油喷射系统中燃油物理特性参数对喷油时刻的影响,基于燃油密度、体积弹性模量随温度和压力变化的经验公式,建立了柴油机泵—管—嘴燃油喷射系统喷油延迟计算模型。结果表明:随着压力增加或温度下降,燃油的密度和体积弹性模量都呈线性增长趋势,且两种生物柴油的密度和体积弹性模量较为接近,但与柴油的差异明显。在温度20℃及压力10 MPa时,生物柴油(大豆油甲酯)的体积弹性模量比柴油高约182.0 MPa,且随着压力的升高,两者之间的体积弹性模量差值变小,但生物柴油的体积弹性模量仍高于柴油。以某490柴油机的燃油输送系统为例,在温度40℃和压力20 MPa条件下,由于生物柴油(大豆油甲酯)的体积弹性模量高于柴油约132.2 MPa,从喷油泵泵油到喷油器针阀开启的这段行程中,其所需输运时间比柴油提前约0.5°CA。该方法简单快捷,研究成果可为燃油喷射系统的设计提供参考。     

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。     

二甲醚和柴油高压喷射喷雾与燃烧可视化对比研究

为明晰高压喷射条件二甲醚闪急沸腾状态下的喷雾形态、自着火和火焰发展特性，通过高温高压定容燃烧弹，利用高速相机基于纹影法对比研究了柴油和二甲醚的喷雾和燃烧特性。实验中将喷射压力设置为60、100 MPa,环境背压设置为4 MPa,在喷雾、燃烧条件下环境温度分别设置为400、800 K。研究结果表明：同工况下二甲醚的喷雾贯穿距和喷雾面积均小于柴油，但其喷雾锥角大于柴油，雾化时间短于柴油，雾化效果优于柴油。随着喷射压力的提高，二甲醚与柴油的贯穿距和喷雾面积都增大，100 MPa喷射压力下二甲醚喷雾面积较60 MPa增大18.18%,而同工况下柴油增大23.5%。相比于柴油，二甲醚燃烧滞燃期和火焰浮起长度较短，燃烧持续期与柴油相当，但二甲醚燃烧火焰亮度、火焰面积和碳烟生成量明显低于柴油。随着喷射压力的提高，柴油与二甲醚的碳烟生成量均降低，但二甲醚的碳烟生成量降低效果更加显著，该文碳烟生成量用体积分数KL因子总和来表示，发现100 MPa喷射压力下的二甲醚KL总和较60 MPa减小33.3%,而同工况下柴油减小19.32%。     

柴油机SCR系统尿素水溶液的喷雾特性

通过建立柴油机SCR后处理系统的UWS喷射雾化模型,综合考虑UWS液滴在排气管道中的湍流扰动、变形、破碎、碰撞聚合和碰壁反弹等一系列理化过程,研究UWS的喷雾雾化分解特性,分析了喷嘴喷射压力、喷孔喷射角度α、喷雾锥角β、喷嘴偏置角度θ和排气管径长比对UWS液滴分解的影响.结果表明:喷射压力过小时,UWS液滴将呈液柱或大液滴状,喷射雾化效果差,NH_3平均体积分数随喷射压力的增大呈线性增大;α对UWS分解有显著影响,随着α的增加,NH_3平均体积分数升高;β对NH_3均匀性系数影响显著,随着β的增大,排气管内壁面附近NH_3的分布更加均匀;随着θ的增大,NH_3平均体积分数不断增大,但其均匀性系数急剧下降;NH_3平均体积分数随排气管直径的增大而减小,后逐渐趋于平缓.     

柴油机双层多孔喷油嘴内部空穴两相流动研究

针对柴油机喷油嘴内部两相流动影响柴油的雾化质量、燃烧特性及整车的排放特性,而柴油机喷油嘴头部细微结构的变化显著影响喷油嘴内部流动等问题.以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何结构参数的基础上建立物理模型,基于多维数值模拟软件AVL FIRE对喷孔内部空穴两相流动特性进行模拟,分析不同位置喷孔及不同喷射压力对喷孔内部两相流动特性的影响.结果表明:同一喷射压力下,上下层喷孔位置对喷孔内部空穴产生时刻、分布区域及强度都产生影响,压力分布、液相速度分布及液相湍动能分布也各不相同;不同喷射压力下,空化强度随喷油压力的增加而提高.     

喷油压力对电控船用中速柴油机性能的影响

为了研究船用4190型柴油机电控化改造后,喷油压力对柴油机性能的影响,利用AMESim软件,建立电控燃油喷射系统仿真模型,通过正交试验设计方法安排燃油系统参数仿真计算,以实现燃油喷射特性的优化;同时基于AMESim与AVL_FIRE软件耦合,将优化结果导入柴油机缸内燃烧模型,进行仿真计算,以完成不同喷油压力对柴油机性能影响的综合分析。结果表明,当参数组合为:喷孔直径0. 22 mm、凸轮型线速度0. 46 mm/(°)、柱塞直径14 mm、高压油管长度1000 mm时,喷油压力为125 MPa;当参数组合为:喷孔直径0. 26 mm、凸轮型线速度0. 43 mm/(°)、柱塞直径14 mm、高压油管长度800 mm时,喷油压力为105 MPa。喷油压力提高,改善了柴油机燃烧质量,使得油耗率较原机降低约14. 3%与7. 2%,但NO_x排放质量分数分别升高约50%和11%,因此,需要兼顾柴油机的经济性与动力性进一步优化排放。     

电控柴油机燃油喷射系统参数匹配优化

基于4190型船用柴油机电控化改造,利用AMESim液压仿真软件建立了燃油喷射系统仿真模型,选取燃油喷射系统重要参数进行一次回归正交试验设计,建立了各参数与嘴端喷油压力间的回归方程数学预测模型,并对数学预测模型进行了方差显著性分析。结果表明：建立的数学预测模型精度较高,预测的最高嘴端喷油压力与仿真值相差3.2%,数学预测模型准确性较显著。优化得到了两组最佳的参数组合：柱塞直径13 mm、油管长度1 000 mm、喷孔直径0.30 mm、凸轮型线速度0.40 mm/(°)、喷孔数6个、油管直径1 mm,柱塞直径13 mm、油管长度800 mm、喷孔直径0.30 mm、凸轮型线速度0.40 mm/(°)、喷孔数10个、油管直径1 mm,满足电控化改造要求,与原机相比最大嘴端喷油压力分别提高了51.6%和38.9%,其喷油规律满足理想的“先缓后急”的要求。     

喷油参数对重型柴油机喷油器喷油规律的影响

柴油机各孔喷油规律对燃油在燃烧室的分布、雾化、可燃混合气形成、燃烧有重要影响,从而影响柴油机排放性、经济性、动力性。基于自行搭建的动量法各孔喷油规律测试系统,以某大功率柴油机喷油器为研究对象,探讨了不同喷油压力、喷油脉宽和喷孔直径对喷油器各孔喷油规律的影响。结果表明:随着喷油脉宽的增加,相同压力下喷孔喷油速率和流量系数发展趋势保持一致,喷油持续期增加。随着喷油压力的增加,喷油速率和流量系数随之增加,喷孔有效流通面积增大,空化效应更弱。但相比于喷油速率,流量系数变化较小。随着喷孔的直径增大时,喷油速率及其波动增大,喷油速率最大值对应时刻延迟,喷油持续期减小,喷孔的流量系数增大。     

喷油压力和PODE掺混对柴油机颗粒物排放影响

商用柴油机中排放的颗粒物对自然环境和人类健康有着越来越大的危害。为进一步研究喷油压力和PODE掺混比对降低柴油机颗粒物的潜力,在一台四缸增压柴油机上,进行了小负荷(BMEP=0.4 MPa)和大负荷(BMEP=0.8 MPa)工况下喷油压力和PODE掺混对柴油机颗粒物排放特性影响的试验研究。三种燃料分别为纯柴油(记为D100),PODE按体积比20%和30%与柴油进行掺混(分别记为PD20和PD30)。结果表明:在柴油中添加PODE能降低混合燃料的总颗粒物数浓度和质量浓度。在小负荷工况下,随着喷油压力升高,柴油/PODE混合燃料的总颗粒物和核态颗粒物数浓度增加,总颗粒物质量浓度变化不大。在大负荷工况下,与柴油相比,柴油/PODE混合燃料的总颗粒物数浓度和质量浓度降低。随着负荷增加,发动机排放的总颗粒物数浓度降低,总颗粒物质量浓度增加。在同一负荷下,随着喷油压力升高,总颗粒物数浓度进一步降低。