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.     

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．