汽油缸内多孔直喷喷雾破碎模型建立与试验

为了建立汽油缸内多孔直喷喷雾破碎模型,对Huh Gosman模型进行分析评估,并且以喷油压力为参数,建立初始破碎粒径分布公式,从而建立了汽油缸内多孔直喷喷雾破碎模型;并通过定容喷雾试验进行了汽油自由喷雾试验,验证所建模型的合理性.研究结果发现:以经验公式估计的初始液滴直径评估Huh Gosman模型,模拟结果贯穿度偏小;通过建立初始破碎粒径分布函数,同时对Huh Gosman模型进行修正,模拟计算结果与实际结果相近.最后利用该模型对不同喷油压力下的自由喷雾进行模拟,计算与试验结果吻合较好,最大误差小于5％.     

喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响

针对扇形喷嘴雾化特性问题,在Ansys Fluent中基于Taylor Analogy Breakup(TAB)破碎模型,采用Eulerian-Lagrangian连续相与离散相耦合算法,实现了扇形喷嘴的液滴破碎、雾化形成及气液两相流场的非定常数值模拟,完成了喷射压力与喷雾高度2个参数对扇形喷嘴液滴速度、液滴直径、离散相模型(DPM)质量浓度、液滴通量(N)等雾化特性参数的影响研究,通过激光粒度仪在试验台上得到了液滴索特平均直径(D_SM),并与模拟结果进行了对比.研究结果表明:随着喷射压力的升高,液滴的速度越大,液滴在计算域内平均停留时间越短,在计算域停留的液滴数越少;液滴的索特平均直径(D_SM)、液滴体积中值直径(D_VM)、数量中值直径(D_NM)随着喷射压力的升高越来越小,喷射压力为0.3 MPa后液滴D_SM减小的趋势变大,这有利于改善实际作业中的雾化质量,当然在有风状态下也会加大雾滴飘逸的风险.喷雾高度对液滴D_SM影响不大.不同喷射压力下DPM质量浓度以及喷雾的覆盖面积不受喷射压力的影响,由于N的变化与液滴D_SM呈三次方,与覆盖面积A呈反比关系,液滴的数量通量随着喷射压力的变大而逐渐变大.DPM的质量浓度随着喷雾高度的升高而逐渐降低,喷雾的覆盖面积随着喷雾高度的升高而逐渐变大.由于液滴的D_SM随喷雾高度的变化可忽略不计,因此液滴数量通量随着喷雾高度的增加而逐渐变小.不同喷射压力下和不同喷雾高度下试验和模拟计算所得到的D_SM变化趋势一致,整个过程的误差不超过10%.     

双层喷孔喷油器喷油压力对增压柴油机排放影响的研究

双层喷孔喷油器能扩大喷油的空间分布范围,有利于混合气的形成.喷油压力作为此类喷油器的重要物理参数,强烈地影响着喷射燃油的雾化效果,进而对缸内燃油燃烧以及排放特性产生显著的影响.为此,利用三维CFD软件FIRE对一台带双层喷孔喷油器的增压式直喷柴油机进行了缸内燃烧和排放模拟计算;同时,分析研究了喷油压力对缸内三维流场、燃油蒸发、油滴滴径以及NOx和碳烟等的影响规律,并对模拟计算的示功图和排放结果进行了实验验证.计算结果表明,提高喷油压力能促进燃油的缸内蒸发,减小油滴的索特平均直径,提高缸内平均温度,使NOx排放升高而碳烟排放降低.实验结果证明了计算模型的可靠性.     

喷射时刻对乙醇/汽油双燃料发动机缸内流场和性能的影响

利用CFD三维数值模拟软件,模拟了1台乙醇缸内直喷+汽油进气道喷射(EDI+GPI)双燃料发动机的工作过程,分析比较了不同乙醇喷射正时下缸内流场的变化规律、缸内当量比分布和缸内压力变化。结果表明:乙醇喷射时刻在250°CABTDC时,缸内流场最合适乙醇的蒸发雾化,能够形成较均匀的缸内混合气,产生最佳的燃烧相位;其余过早或过晚喷射均不利于缸内混合气形成和燃烧。     

LPG转子发动机缸内燃烧影响因素研究

建立了转子发动机的计算模型,结合自编程序在CFD软件上对转子发动机的燃烧过程进行了二维动态数值模拟,并利用实验结果进行了验证。在此基础上,计算得出缸内直喷LPG转子发动机燃烧演变过程,分析了喷嘴在3个不同位置时发动机的燃烧特性,由此确定了喷嘴安装的最佳位置,并进一步研究了该情况下喷油时刻和喷油持续期对转子发动机燃烧过程的影响。研究结果表明:在转速一定,给定喷射方向、喷射持续期和喷雾锥角时,发动机存在一个最佳喷射提前角,能使燃烧室内混合气分布合理,气缸压力峰值高,最大放热率和最大压力升高率高,燃烧持续时间短,发动机热效率高。当喷嘴位于长轴顶点时,燃烧稳定性和持续性都比其他两个位置更好,最佳喷射提前角对应的燃烧压力峰值最高;若在此最佳喷射提前角下,保持其他条件不变,改变其喷射持续期,会使最高燃烧压力和最大放热率出现一定的降低,但影响不大,其燃烧特性仍然比较理想,气缸压力峰值能达到6 MPa以上。     

强涡流场中柴油喷雾扩散特性研究

通过可视化的快速压缩机模拟内燃机的燃烧室,研究了高压共轨柴油在40、60 MPa两种喷射压力下,柴油油束在切向、斜向和直通3种涡流场中的扩散混合特性。实验结果表明,在相同喷油压力及喷油脉宽下,切向涡流场中柴油喷雾面积与视窗面积比的峰值和谷值均为最高,直通涡流场中最低;斜向涡流场从喷油开始到喷雾完全混合整个过程用时最短,直通涡流场用时最长;喷雾油束的扩散时间与涡流的切向速度、燃油喷射压力成反比。     

喷油压力对柴油机燃烧及排放的影响

喷油压力是影响柴油机排放性能的关键因素之一,虚拟技术已经成为解决该问题的重要手段。在一台高压共轨直喷国Ⅳ柴油机上,研究了喷油压力变化对柴油机燃烧、排放性能、经济性及动力性的影响规律。结果表明,柴油机缸内压力实测值验证了虚拟计算模型的准确性及仿真分析流程的合理性;喷油压力越大,油滴直径越小,燃油雾化效果越好,利于缸内燃烧,缸内压力和温度越高,同时加速了NOX的生成,排量增高,Soot量相应减小;脉宽增加使燃油消耗率先减小后增大,扭矩先增大后减小,喷油脉宽过大或过小对动力性和经济性都会造成不利影响。     

直喷汽油机喷油器射流显微放大特性研究

在定容弹试验台上,利用高速相机和长距显微镜相结合的方法,研究了不同喷油压力和环境背压下单孔直喷汽油机喷油器射流的显微放大特性。结果表明,汽油射流表面会形成表面波,而且表面波的波长发展具有随机性。间断产生的表面波通常从射流向外摆动的切线处剥离后形成密集的微小液滴群,形成径向分叉的雾化结构。随着喷油压力的升高,射流表面波波长变短,表面波频率提高,导致射流破碎加剧,形成的液滴直径减小。此外,喷油压力及环境背压的升高使射流中相邻径向雾化分支之间的距离缩短。     

喷雾液滴撞击大豆叶片表面研究

利用两台高速数码摄像机对喷雾液滴撞击大豆叶片表面过程和结果进行了测试与分析。研究结果表明,产生沉积和回缩破碎两种状态时,液滴K值均小于57.7;发生喷溅时,大部分液滴K值大于57.7,但由于叶片表面密被长柔毛使得液滴在低撞击角度下易于喷溅,因此液滴在撞击角度为28°和44°时K值小于57.7。液滴在沉积过程中,在相同粒径和撞击角度下,液滴撞击速度越高最大铺展越大,铺展时间也越长,但撞击速度高和撞击速度低的液滴最终铺展比接近。沉积部位对液滴铺展过程和结果有重要影响。液滴在回缩破碎过程中,在表面张力的回缩和叶片表面的粘滞作用下分离破碎,与沉积于叶片表面的液滴相比较,液滴收缩破碎后合计最终铺展比大大提高,均匀破碎的液滴其合计最终铺展比比不均匀破碎的液滴大。当撞击We数较高时,喷溅液滴将呈现喷射成串小液滴的状态;当撞击We数较低时,喷溅液滴将呈现喷射单独的2~3个大液滴的状态。喷射出成串小液滴后的液滴主体部分最终铺展比比喷射出单独大液滴后的液滴主体部分大。     

高压共轨喷油器喷射特性实验与仿真

采用实验与数值模拟相结合的方法,进行了不同控制参数:共轨压力、喷油脉宽条件下高压共轨喷油器的喷射特性研究。通过实验数据总结了电磁式喷油器喷油量、喷油率、针阀开启延迟与关闭延迟、喷油持续期等喷射特性。利用AMESim软件建立的高压共轨燃油系统模型进行仿真计算,与实测喷油器喷油率结果进行了对比验证,分析了共轨系统喷射过程中喷油器内液力过程和针阀运动特性,得到了高压共轨喷油器喷射特性随共轨压力和喷油脉宽的变化机理和规律。     

内燃机喷雾模型的研究现状

喷雾模型是内燃机CFD软件中重要的组成部分，而喷雾模型是由多种子模型组成的。正确设定喷嘴出口的边界条件和选择恰当的喷雾破碎模型成为成功分析和优化内燃机喷雾过程的先决条件。本文着重介绍了孔式喷嘴流动模型和基于表面波不稳定性理论的WAVE模型、KH—RT模型、Huh—Gosman模型和LISA模型，以及它们在CFD软件中的应用。这些模型的应用从理论上讲可以大大提高内燃机喷雾多维模拟的计算精度。     

高压涡旋喷油器喷雾撞壁机理研究

为了研究直喷式汽油机高压涡旋喷油器喷雾撞壁机理,测量了撞壁喷雾的高度、喷雾半径及喷雾远端速度,分析了不同喷射压力、环境背压、喷嘴到壁面的距离、壁面倾角等因素对撞壁喷雾的影响.随着喷射压力、喷嘴到壁面的距离及壁面倾角的增加,喷雾的贯穿距离增大;环境背压的增大导致喷雾的贯穿距离减小.较高的喷射压力和较低的环境背压增大了撞壁燃油与壁面的接触面积,在壁面上形成的薄膜加速了燃油的蒸发.由经验公式计算得到的撞壁喷雾贯穿距离与试验测量值在一定范围内具有一致性,为燃烧室的设计、进气道形式的选取、喷油器和火花塞的布局提供了试验依据.     

生物制气-柴油双燃料发动机三维燃烧模拟

以引燃柴油喷雾混合、燃烧化学反应机理、湍流运动、NOx预测模型、初始及边界条件设定和计算网格划分为主要内容,建立了生物制气-柴油双燃料发动机的三维燃烧模型.生物制气由气化炉热解气化各种农林废弃的生物质产生,双燃料发动机由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装,生物制气通入发动机进气管,在进气过程中吸入气缸,由柴油引燃.计算了多个工况双燃料发动机的燃烧过程及NOx排放,并与机刨花热解制气双燃料发动机试验结果进行对比分析.结果表明气缸压力及NOx排放计算结果与试验结果吻合较好.     

基于PWM控制的轮缸压力精细调节试验

建立了试验台架液压系统，在此基础上进行了基于PWM技术的轮缸压力精细调节试验，确定了PWM控制的载波频率。对ABS进油阀进行PWM控制测试，确定了ABS进油阀PWM控制占空比工作范围，建立了PWM控制的轮缸增压速率经验模型，通过试验验证了模型的正确性。     

汽油/氢发动机燃烧特性试验与仿真

进行了当量比=1的汽油机和当量比分别为0.8、0.6、0.4的纯氢发动机台架试验.通过对测得的汽油机和氢发动机燃烧缸压数据进行标定,建立了较为准确的AVL Boost汽油机和氢发动机燃烧仿真模型,并进行了仿真.结果表明,氢燃料的特性使得缸内混合气的燃烧速度显著加快,燃烧持续期大幅缩短,导致缸压上升,有效热效率得到提高.当量比为0.4的稀薄工况时纯氢发动机仍可正常运行,发动机燃用氢气可改善发动机性能.     

缸内直喷汽油机旋流喷射喷雾特性影响因素的分析研究

为了研究影响缸内直喷汽油机高压旋流喷嘴喷雾特性的因素,对高压旋流喷射初始阶段运动进行了理论分析研究,确定了影响初始喷雾旋流体运动的无量纲参数。通过试验改变空心旋流体内外压差、初始旋流强度、旋流体油膜厚度,发现喷雾特性呈不同的变化趋势。随着旋流体内外压力差的增大,喷雾锥角明显减小而贯穿度变化不大;旋流强度增加,喷雾贯穿距离明显增加,而喷雾锥角变化不大;增加旋流体初始厚度,可以使喷雾在自由空间中外形尺寸增加。     

柴油机伞喷嘴喷油过程和喷雾特性的研究

主要介绍了用长管法和闪光摄影研究伴喷嘴喷油过程和喷雾特性,并简介了测试装置的结构和工作原理。将伞喷嘴与四气门单缸１３５型柴油机的燃油系统配合,在喷油泵试验台上进行了试验。试验结果表明,在燃油系统其他部分不变的情况下,伞喷嘴的喷油规律图呈近似在角形,最高喷油率和平均喷油率远高于多孔喷嘴;伞形喷雾径向贯穿距离远小于多孔喷雾,喷雾锥角在喷雾早期急剧减小。伞喷嘴喷油特性的研究对相应燃烧系统工作过程的组织和燃烧过程、性能的分析具有指导作用。     

2V-QS燃油喷射汽油机换气过程的模拟计算

采用容积法模拟计算燃油喷射汽油机的换气过程，通过能量平衡方程推导出气缸、进气管与排气管3个容积的压力计算模型，各容积之间由相应的边界方程联系起来，求出各部分压力后，再根据气体状态方程求出各控制容积在相应曲轴转角下的温度。将计算值与实测值比较，误差很小，表明容积法仍是一种计算汽油机换气过程的简便而有效的方法。     

直喷式柴油机伞形喷雾燃烧系统的试验研究

介绍了直喷式柴油机伞形喷雾燃烧系统的燃烧过程和性能试验结果。将伞喷嘴与深缩口型燃烧室配合,在四气门单缸135型柴油机上进行了试验。试验结果表明,该燃烧系统的性能在低负荷工况较好,在高负荷工况较差。伞喷嘴的喷油率较高,燃油于着火前已几乎全部喷入缸内。伞形喷雾径向贯穿能力很弱,造成燃烧室外围的空气利用不充分。这种燃烧系统以预合燃烧为主,因而提出了直喷式柴油机新的燃烧概念。