压力对柴油/生物柴油混合燃料喷雾特性影响数值模拟

环境污染及能源短缺对当前动力机械的应用提出更高要求,研究替代燃料是一种有效途径。基于CONVERGE软件搭建了定容弹喷雾计算模型,研究柴油/生物柴油混合燃料在不同工况下的喷雾燃烧特性,为其在发动机中的实际应用提供一定的理论依据。模拟计算了体积比20%生物柴油和柴油混合燃料的喷雾特性,根据仿真结果,分析了混合燃料在喷射压力120～150 MPa,背压3.0～5.0 MPa变化下,喷雾贯穿距、索特平均直径（SMD）、速度变化的分布情况。仿真计算结果表明,混合燃料的喷雾贯穿距随着喷射压力的增大而增大、SMD减小、喷雾中心速度增大,增大喷射压力可以改善雾化;随着背压升高,喷雾贯穿距减小、SMD略微增大、喷雾中心区域速度降低,背压增加增大了气液之间作用力,不利于燃料雾化。     

生物柴油喷射雾化特性试验与分析

运用高速摄影技术,研究了生物柴油和0号柴油及其不同比例混合燃料的宏观喷雾特性.结果表明:燃油喷射的初期,燃油的喷雾锥角随着生物柴油在矿物柴油中含量的增加而减小;在喷射过程中,B100和B0的喷雾锥角相差不多;矿物柴油和生物柴油喷雾的自由贯穿距由小到大,逐渐到稳定;随着时间的增加,生物柴油贯穿距的增长率大于矿物柴油贯穿距的增长率;燃油喷射持续期是随着生物柴油在矿物柴油中质量分数增加而延长的,生物柴油质量分数超过50%时,燃油喷射持续期则明显增大.     

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。     

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.     

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。     

酸化油生物柴油喷雾碰壁实验研究

为研究酸化油生物柴油作为农用柴油机代用燃料的可行性,本文利用喷雾碰壁试验台对酸化油生物柴油碰壁现象进行可视化研究。实验结果表明:不同配比的酸化油生物柴油/柴油混合燃料,随酸化油生物柴油所占比重的增加,混合燃料碰壁后扩散直径和卷吸高度都相应增加;随喷油压力的提高,混合燃料碰壁后反弹体积相对增大,雾化效果增强;随着环境背压的增加,混合燃料喷雾油束头部扩散度增大,混合燃料碰壁后扩散直径和卷吸高度都有所减小。     

乙醇柴油混合燃料喷雾特性的试验分析

利用由计算机控制触发时刻的脉冲光源进行照明,用数码相机在自制的实验装置上拍摄乙醇柴油的喷雾图像,并应用计算机图像处理技术对采集到的喷雾图像进行处理。试验结果表明:随着乙醇掺入比例的增加,喷雾的贯穿距略有减小,喷雾锥角增大;不同比例乙醇柴油的喷雾特性随喷油嘴启阀压力和喷油泵转速的改变而有所差异。     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。     

甲醇温度和压力对喷雾特性的影响试验

为了解甲醇自身温度及喷射压力变化对喷雾特性的影响,使用高速摄像机和三维激光相位多普勒颗粒分析仪(PDPA),分别对25、50、60、70、80℃的液态甲醇及喷醇压力为0.3、0.4、0.5 MPa时的甲醇喷雾进行了研究。结果表明:随着甲醇温度的升高,喷雾雾化质量提高,甲醇射流液柱减少,液滴索特平均直径(SMD)减小,同时喷雾主射流区向外扩张。另外,喷雾贯穿距和液滴速度均呈先增大后减小的趋势,在70℃时达到最大值。在相同温度下,喷醇压力的增加提高了喷雾液滴速度,有助于贯穿距的增大,同时液滴索特平均直径(SMD)明显减小。因此在柴油机进气预混甲醇燃烧的实际应用中,升高液态甲醇温度至70℃左右,并适当增大喷醇压力至0.5 MPa,是一种有效提高气道内甲醇雾化效果的方法。     

斯特林发动机喷雾特性试验研究

采用高速摄影技术研究比较了不同背压下斯特林发动机的喷雾过程,并分析了燃油流量、燃烧室背压以及喷嘴参数对斯特林发动机喷雾特性的影响.结果表明,燃烧室背压对喷雾过程具有明显的影响;随着流量的增大,贯穿距离和喷雾锥角都增大,但流量达到一定程度后,喷雾锥角的增加趋势减缓;随着燃烧室背压加大,喷雾的贯穿距离增大,喷雾锥角减小,背压对喷雾具有压缩作用,当背压增大到一定程度后,它对喷雾锥角的影响程度降低;相同流量工况下,随喷嘴流道通径的减小,喷雾的贯穿距离增大,喷雾锥角减小.     

外开式汽油喷油器喷雾特性研究

在定容弹内,采用纹影和激光Mie散射技术研究了外开式压电晶体汽油喷油器使用汽油、正丁醇和乙醇时的喷雾特性。结果表明,外开式喷油器喷油形成的空心圆锥状喷雾结构由线状油束组成。喷油背压对喷雾的宏观形态影响较大。随着喷油背压的升高,喷雾中油线间隙减小并最终消失,同时喷雾贯穿度与面积均大幅减小,但喷雾锥角基本不随背压、燃料种类和时间的变化而变化。此外,随着背压的升高,喷雾横向贯穿度的减小程度大于轴向贯穿度,但是横向贯穿度始终大于轴向贯穿度。粘度较大的乙醇和正丁醇的轴向贯穿度大于汽油。横向贯穿度与喷油产生的涡流有关。涡流尺度越大,则横向贯穿度也越大。     

一种引入二次破碎时间的喷雾贯穿距拟合方法

使用频闪摄像装置拍摄了高压共轨条件下电控喷油器在两种喷油压力下的喷雾图片,采用Matlab图像处理工具自动判读了喷雾贯穿距。选用一种引入二次破碎时间的喷雾贯穿距拟合公式对所测贯穿距进行三段式拟合。结果表明:喷油压差越大,一次破碎和二次破碎时间都提前。前者的原因是气液相对速度的增大,而后者的原因是高速界面运动产生的界面加速度的增大。     

不同含水比例乳化柴油的喷雾特性研究

通过定容弹模拟乳化柴油喷雾形成全过程,采用高速摄影技术记录了柴油、含水质量百分比分别为10%和15%的乳化柴油的喷雾形成过程,从喷雾锥角、贯穿距、锋面速度、喷雾吹偏、喷雾边缘雾化效果等五个方面对不同含水比例乳化柴油的喷雾特性进行了试验研究。结果表明:与柴油比较,乳化柴油的喷雾锥角降低,喷雾贯穿距和锋面速度基本相当,涡流吹偏现象变弱,喷雾边缘雾化效果变差;E15乳化柴油的喷雾锥角和喷雾边缘雾化效果优于E10乳化柴油;水分在雾化过程中的"微爆效应"可在一定程度上改善乳化柴油的雾化质量。     

双流体喷嘴雾化控制特性研究

双流体喷嘴具有雾化效果稳定、显著节能、药量调整范围大和优异的抗堵塞性能等特点,对于提高施药精确性、降低药液浪费和减少环境污染有重要意义。为此,将双流体喷嘴用于猕猴桃园喷雾,使用自主搭建的双流体喷雾试验平台,采用了扇形喷嘴、圆形喷嘴、广角圆形喷嘴3种喷嘴,进行了不同气压下雾化流场的喷雾试验,研究了最佳液体压力恒定的情况下,气路气压的变化对雾化角、贯穿距、流量及压力损失等雾化特性参数的影响。结果表明:扇形喷嘴优于圆形喷嘴和广角圆形喷嘴;随着气压的增大,喷雾的贯穿距先增大后减小;随着气压的增大,雾化角呈现先增大后减小的趋势;随着气压的增大气体流量增大,液体流量减小,气路压力损失较大。对猕猴桃园来说,气压在2.5bar时,选用扇形喷嘴较为适宜,为气液双流式变量喷雾的研究奠定了基础。     

不同燃料的喷嘴内流动与喷雾形态可视化试验

采用高速可控闪光摄影技术搭建了喷油器喷孔内流动及近场喷雾可视化试验装置,针对柴油、汽油、乙醇柴油、生物柴油4种燃料,对实际尺寸的透明喷油器喷孔内的流动及近场喷雾进行了对比试验研究。试验研究结果表明:所有试验燃料喷孔内均呈现空穴流动,低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料空穴生成时刻更早、空穴强度更强;喷孔空穴强度较大的燃料具有更大的近场喷雾锥角;喷射结束后喷孔内会产生气体倒流现象并形成初始气泡,初始气泡体积随燃料表面张力的减小而增大。同时发现,针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生极大的扰动并影响其流动形态。     

生物柴油/正戊醇混合燃油喷嘴内流动特性模拟

为探究混合燃油理化性质差异对柴油机喷嘴内流动特性的影响,以4种不同掺混比的生物柴油/正戊醇为研究对象,采用混合多相流模型,对柴油机喷嘴内的流动情况进行数值模拟分析。结果表明:4种燃油的压力、速度和空化分布特性基本一致;随着正戊醇掺混比例的增加,混合燃油速度和气相体积分数大小在喷孔同一截面处均表现为增加趋势,向生物柴油中掺混一定比例的正戊醇,可以显著降低生物柴油的密度、黏度和表面张力,提高燃油在喷孔内的流动性、促进燃油的空化生成,提升燃油的雾化效果。      

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%.