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     

燃油荷电喷雾燃烧冷态试验研究

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50％左右。     

燃烧过程动态可视化装置的研制

研制了一种基于激光高速摄影技术分析发动机燃烧过程的动态可视化装置．它主要由光学发动机、光路系统、数据采集和信号同步控制系统及其它辅助系统组成．与同类装置相比，具有结构简单、成像清晰、分辨率高、操作方便的优点，实现了系统的同步启动与关闭，特别适于燃烧室形状和位置不同的发动机燃烧过程分析．试验结果表明，应用该装置可深入分析和研究发动机的喷雾、燃烧过程，这对寻求降低燃油消耗率、改善排放性能的新方法具有重要意义．     

基于OH - PLIF 的甲烷/空气旋射流扩散火焰实验研究

利用平面激光诱导荧光技术研究甲烷-空气旋射流扩散火焰中氢氧自由基(OH)的分布。通过OH-PLIF测量技术在已经设计完成的燃烧器(旋风燃烧器)开口上观察不同甲烷和空气的质量流量配比对火焰的温度、颜色变化、火焰的尺寸的影响以及这些因素和OH浓度分布的关系。OH-PLIF的图像是研究火焰结构和流场的有效工具;通过了解OH基的浓度分布来进一步改造发动机内部的结构,从而提高燃烧的效率。     

基于激光测试技术的喷雾场试验研究

在航空发动机燃烧室中,燃油是在经过喷嘴雾化之后,以液雾的形式进入的,因此,液雾的特性也决定了燃烧的质量,而液雾的特性是由喷嘴的雾化性能来决定的。通过运用PIV(particle image velocimetry)和GSV(global sizing velocimetry)这两种激光测试技术,对喷嘴喷雾场进行了试验研究。试验结果表明:在一定压力范围内,喷雾锥角随压力的变大而变大;在较大压力下,喷雾场会形成空心锥体结构;在一个压力确定的喷雾场中,边缘区域的雾化效果最好。通过对试验数据的分析处理,可以检测喷嘴的雾化性能。     

浓度场测量系统在喷油雾化角测量中的应用

喷油雾化角影响油气混合、缸内燃烧和发动机排放性能,借助浓度场测量和数字图像处理系统对喷油雾化角测量进行了研究.介绍了测量系统的基本原理及装置,并通过该测量系统对某种电控喷油器燃油喷雾角情况进行了实际测试,验证了该测量系统的实用性.     

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。     

利用平面激光诱导荧光对旋流火焰OH自由基的定量研究

为了获取非稳定火焰中OH瞬态粒子数密度分布，提出了一种基于平面激光诱导荧光(PLIF)的免标定OH定量测量方法。该方法采用双向激光的实验设置采集OH荧光图像，以获得激光沿程衰减的信息。提出了一种递归结构的算法并提取了激光的吸收系数分布，极大降低了现有数据处理方法对光路准直精度和图像信噪比的苛刻要求。通过该方法对航空发动机旋流燃烧室模型的非预混贫燃火焰进行了研究，得到OH自由基的瞬态空间分布。实验结果表明：随着燃烧室内的流量增大，火焰上游的氧燃混合程度增加，湍流对燃烧反应的干扰程度增大，火焰的结构也发生明显转变；而在不同工况下，OH粒子数密度的最大值均在10¹⁶ cm^-3量级。     

浓度场测量系统在喷油雾化角测量中的应用

喷油雾化角影响油气混合、缸内燃烧和发动机排放性能．借助浓度场测量和数字图像处理系统对喷油雾化角测量进行了研究；介绍了测量系统的基本原理及系统的组成，并通过该测量系统对某种电控喷油器燃油喷雾角情况进行了实际测试，验证了该测量系统的实用性。     

柴油机冲突喷雾的可视化和浓度测量研究

围绕激光ＣＴ技术在柴油机喷雾测试上的应用进行研究，开发了一套柴油机喷雾的激光ＣＴ测试系统．应用脉冲激光和ＣＣＤ摄象机的特性，将柴油机喷雾图象实时采集到计算机图象处理系统上．最后，对１３５柴油机喷嘴的冲突喷雾进行了测量，用ＡＲＴ重建了三维喷雾图象，实现了燃油喷雾内部构造的可视化和三维相对浓度分布的测量．     

激光燃烧诊断技术及应用研究进展

介绍了用于燃烧场温度、组分、火焰构造和流场速度等参数测量的相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光和OH示踪测速实验系统,给出了在预混火焰、高能固体推进剂瞬态燃烧场和超声速高温流场测量的部分实验结果,并分析了激光作用区域燃烧场温度、主要组分及流场速度的分布和火焰构造。     

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。     

基于准维多区模型的DME发动机燃烧数值模拟

提出了一种基于准维多区模型的直喷式二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟方法,其中喷雾模拟考虑了燃油分布、液滴蒸发和空气卷吸对喷雾混合的影响。自燃着火过程的模拟以二甲醚着火反应机理为基础,建立了计及温度、压力和燃空当量比因索的着火滞燃期数据库,通过将该数据库与准维多区喷雾混合模型相耦合,对二甲醚发动机的性能和一氧化氮排放进行了预测分析．实验结果表明,模拟计算结果与实测数据符合较好．     

壁面冷却空气对贫油吹熄特性影响的激光诊断研究

针对燃烧室中冷却壁面的冷却气膜会影响燃烧室内的流场、改变回流区结构,从而影响贫油吹熄特性这一问题,在一带有气膜冷却的旋流燃烧室上开展了不同壁面空气占比下的贫油吹熄极限测量。结果表明：壁面冷却空气占比达到0.2时,不同燃油流量下,以全局空气流量计算,燃烧室吹熄当量比降低的范围在0.09～0.1之间;以主流空气计算,吹熄当量比降低范围在0.01～0.028之间。为了更加深入研究这一规律的原因,开展了平面激光诱导荧光(PLIF)激光诊断测量,可知引入壁面冷却空气后,OH基更集中分布在靠近燃烧室底部的火焰根部。在稳定火焰工况中,与近吹熄火焰相比,在燃烧室底部附近的火焰中央有大量OH基分布,这将有助于火焰的稳定,并拓宽贫油吹熄极限。米氏散射实验结果表明,引入壁面冷却空气后可使燃油液滴更集中分布在燃烧室底部附近,这将导致根部火焰局部当量比提高,易于形成稳定的火焰。结合所得实验结果,在所使用的旋流模型燃烧室内,加入占比为0.2的壁面冷却空气,可以拓宽燃烧室的贫油吹熄极限,有助于火焰的稳定。研究结果有望对带有冷却气膜的燃烧室的燃烧稳定性调控问题提供一定的理论指导。     

CARS在发动机燃烧测量中应用研究

根据发动机燃烧诊断的需要,研究了理论相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)与温度、质量分数和压力的关系;在液化石油气/空气预混火焰中进行了氮分子CARS测温实验,研究了压力对实验CARS光谱的影响,探索了对湍流场测量十分重要的单脉冲测量技术.结果表明,CARS是一种很有前途的发动机燃烧诊断技术.     

发动机进气温度对稀薄燃烧稳定性影响的可视化研究

稀薄燃烧稳定性是先进天然气发动机稳定高效清洁燃烧的重要指标．为了进一步探索改善天然气发动机稀薄燃烧性能的方法,本文基于一台高压缩比单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,研究了进气温度对天然气发动机稀薄燃烧特性的影响,量化了火焰发展演变与发动机性能之间的关联性．研究表明：提高进气温度可以提升缸内压力和放热率峰值,进气温度从25℃到75℃,峰值压力从3.71 MPa提升至4.49 MPa,峰值放热率从57.17 J/(°CA)提升至64.36 J/(°CA),并且放热过程更为集中,同时结合发动机点火时刻,可进一步实现燃烧相位优化,降低传热损失;可视化燃烧图像显示,高进气温度条件下着火延迟期缩短,初始火焰尺寸增大,后期火焰传播更快,最大火焰传播速度提升至约10.6 m/s,同时火焰前锋趋于向四周传播,火焰形态对称性更好．此外,本文创新性地提出了一种基于可视化图像来量化的已燃质量分数的经验准则来评价初期火焰发展特性,发现提升进气温度主要影响早期火焰发展规律,高进气温度下早期火焰循环变化系数从18.12%降低至7.86%,并且该持续期平均值从13.03°CA降低到了9.25°CA,...     

预测二甲醚发动机燃烧性能的准维多区燃烧模型

模型详细考虑了二甲醚（DME）发动机内燃油的喷雾、卷吸、传热、着火燃烧等过程,计算结果显示,模型采用正弦喷油规律更为合理,模型采用等质量和等径向间距两种油束分区方法得到的结果相同;计算的示功图和压力升高率曲线与实测结果吻合较好;计算的燃烧放热率由线很好地揭示了DME发动机燃烧的特点,该模型能够成功地模拟DME发动机各个工况下的燃烧过程。     

燃油喷雾激光测量的关键技术

指出激光器的时空相干性，全息照片的衍射效率和信噪比对燃油喷雾场的激光测量起着关键作用，提出了改善这些参数的最优方法，对燃油喷雾场各种参数的激光测量有着普遍指导意义。     

我院研制成功我国第一台柴油机燃烧火焰瞬时温度测量装置

三系副教授魏荣年和助教张彪研制成功的一种研究节能和限制污染的重要设备——柴油机燃烧火焰瞬时温度测量装置于1987年6月13日在我院通过部级鉴定。这项科究成果填补了我国的一项空白,在国内首次实现了柴油机燃烧火焰瞬时温度的测量。至此,我国已成为世界上少数拥有此类测量装置的国家之一。柴油机燃烧火焰的瞬时温度是研究柴油机的热效率和燃烧产物中有害气体生成机理的关键参数。为了实现节能和限制污染,日本、美国先后开展了此项研究,其中日本东京工     

细水雾抑制沥青喷雾火的实验研究

通过实验研究了沥青喷雾燃烧特性以及细水雾抑制沥青喷雾火的有效性.细水雾雾场特性由LDV/APV系统测量.实验中的温度数据由热电偶测量,沥青喷雾火自由燃烧时火焰结构则由热像仪获取.实验结果显示,喷雾火燃烧时最高温度发生在火焰团内部.当压力比比较高时(pw/Pf＞2.65),细水雾对沥青喷雾火有较好的抑制熄灭作用;而当压力...