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.     

柴油机微粒分形生长数值模拟及其影响因素分析

根据柴油机碳烟颗粒生长过程中的成核、凝聚和枝接等生长特点,基于动态Monte Carlo方法建立了碳烟微粒分形生长过程的物理数学模型,对模型进行了数值求解,模拟了微粒凝聚和枝接的结构形态,并与实际碳烟微粒进行了形态上的对比．结果表明,枝接过程在形成链状排气微粒中起主要作用．对微粒生长过程中的温度和压力等环境因素进行了计算和分析,获得了碳烟微粒的分形维数与这些影响因素之间的关系．     

用数学形态学识别核态沸腾中的汽化核心密度

运用数学形态学提出了一种识别核态沸腾中高热流密度下汽化核心密度的算法．分析了在核态沸腾中,当气泡成长时,由于气泡底部的微液层蒸发,使气泡底部壁面处的温度低于其周围的温度,致使在反映加热壁面温度分布的红外图像中,灰度明显低于其周围像素灰度的像素组成的像素团,即对应于沸腾过程中的汽化核心的位置．该方法避免了气泡合并对汽化核心密度识别造成的困难,可以从红外图像中识别出这些像素团,其数量等于汽化核心的数量,对不同热流密度下的汽化核心密度进行了计算．     

提高喷雾模拟精度的算法

燃油喷雾是直喷式发动机燃烧的关键过程,喷雾模拟的精度决定了燃烧计算的可靠性．然而,在KIVA和商业CFD代码中,传统喷雾模拟技术对网格精度非常敏感．因而,预测的发动机性能和排放依赖于计算网格．导致这个问题的两个主要原因是液滴碰撞算法和气液相间耦合．为了提高喷雾模拟精度,采用交错网格液滴碰撞（CMC）算法和气相速度插值算法对原始KIVA代码进行了修正．在定容燃烧室和直喷式柴油机条件下,分别从喷雾结构、预测平均液滴尺寸和喷雾贯穿距三个方面检验了改进KIVA代码对喷雾模拟精度的改善．结果表明,网格依赖性显著降低．通过这些改进,喷雾结构的失真现象消失．在定容燃烧室计算中,预测的平均液滴尺寸的不确定性从30μm减小到5μm;在发动机模拟中,这种不确定性进一步减小到2μm．在中等和精细网格条件下,发动机模拟预测的喷雾贯穿距也获得了较好的一致性．     

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．     

柴油机高压燃油泵的改进设计研究

采用轴对称有限元分析方法，对燃油泵柱塞和柱塞套的工作变形进行了分析，针对普通燃油泵因燃油渗漏而难以建立高燃油压力的问题，利用柔性可变截面控制技术，对燃油泵柱塞偶件进行了改进设计研究。研究结果表明，改进后的油泵柱塞副的配合间隙可随燃油压力而变化；在燃油压力升高时，配合间隙呈现出逐渐减小的趋势。     

二甲基醚发动机工作过程的数值模拟研究

以二甲基醚着火反应机理和热力学燃烧模型为基础,建立了二甲基醚着火数据库及发动机工作过程的数学模型,藉此进行了发动机的循环模拟计算．计算结果与验证实验结果对比表明,Wiebe模型、Watson模型和Whitehouse-Way模型均可应用于二甲基醚发动机工作过程的模拟计算．应用化学反应动力学模型对DME发动机着火过程模拟计算结果所建立的着火数据库表明,滞燃期是缸内温度、压力和燃空当量比的函数,在一定的燃空当量比范围内,着火滞燃期随燃空当量比增大而变小．而采取将着火数据库与Watson燃烧子模型相耦合的模拟计算能够与实验结果相吻合。