喷油压力喷孔直径及燃油属性对混合柴油喷雾特性的影响

为了研究松油-柴油-PODE_(3-4)混合燃料的喷雾特性,该文利用高压共轨喷油试验台结合高速摄影技术拍摄了不同工况下松油-柴油-PODE_(3-4)混合试验燃料的喷雾发展图像,分析了燃油属性、喷油压力、喷孔直径对混合柴油喷雾特性的影响。结果表明:随着喷油压力的增加,试验燃料的喷雾锥角变大,喷油压力从100到160 MPa,每增加20 MPa喷雾锥角平均增加1°左右,喷雾前锋贯穿距离也有一定程度的增长,随着喷油压力从100增加到160 MPa,最大喷雾前锋贯穿距离增加13%左右;随着喷孔直径的增大,喷雾锥角和喷雾前锋贯穿距离都呈现增大的趋势,喷孔直径从0.10增加到0.18 mm,喷雾锥角增加了3°左右,喷雾前锋最大贯穿距离增加28%左右;在纯柴油的基础上掺混松油和PODE_(3-4)后的混合燃料,其喷雾锥角、贯穿距离和油束面积相对于纯柴油都有增长的趋势,说明在纯柴油的基础上掺混一定比例松油和PODE_(3-4)有助于改善燃料的雾化效果。试验研究结果可以为松油和PODE_(3-4)成为柴油机替代燃料提供参考。     

燃油温度和喷射压力对葵花籽油与柴油喷雾特性的影响

为探究纯植物油作为压燃内燃机替代燃料的雾化问题,利用纹影法对葵花籽纯植物油和普通柴油在不同试验条件下的喷雾特性进行了对比研究,分析了燃油温度和喷射压力对2种燃料喷雾贯穿距、喷雾锥角和空气卷吸作用的影响。研究结果表明:葵花籽油的喷雾贯穿距和喷雾锥角均随着喷射压力和燃油温度的升高而增大,与柴油的变化规律相似。温度从60℃升高到90℃,喷油压力为60 MPa时喷雾贯穿距和喷雾锥角的平均增幅分别为12.4%和9.6%,120 MPa时分别为5%和4.14%;喷油压力从60 MPa升高到120 MPa,温度为60℃时喷雾贯穿距和喷雾锥角的平均增幅分别为39.7%和16.7%,90℃时分别为30.6%和10.9%;当喷射压力、背景压力和燃油温度相同时,葵花籽油比柴油具有更大的贯穿距和更小的喷雾锥角,且喷雾贯穿距平均增幅为22.5%,喷雾锥角平均降幅为60.3%;升高燃油温度和升高喷射压力都会增强雾注的空气卷吸作用,但葵花籽油的空气卷吸作用要明显弱于普通柴油。研究结果可为纯植物油作为内燃机替代燃料的可行性研究提供参考。     

正丁醇/柴油喷雾特性及缸内混合气形成过程数值模拟

为了研究正丁醇掺混比对燃料自身喷雾特性的影响以及探讨缸内喷雾过程随掺混比的变化规律,该文采用定容弹试验和缸内喷雾数值模拟相结合的方法,正丁醇掺混比从0增加到40%,分析了燃料的理化特性。采用定容弹试验系统对燃料的喷雾参数进行了研究,采用缸内模拟的方法分析了掺混比对喷雾过程的影响。结果表明,定容弹环境下,正丁醇掺混比增加40%,贯穿距离减小4.95%,喷雾锥角增大16.7%,喷油压力增加30 MPa,喷雾锥角增加28.43°;缸内喷雾过程中,掺混比对贯穿距离影响较小;混合气形成初始阶段,掺混比越高,燃料的SMD(sauter meandiameter)越小,最终趋于一致;随着掺混比增加,燃料喷射质量降低,蒸发质量上升;掺混比越高,喷注的速度峰值降低;在喷注下游中心区域喷雾液滴数密度最高;正丁醇有助于缸内的喷雾过程,掺混比增加,喷雾特性越好。     

喷油压力及背压对丁醇柴油喷雾影响的模拟及验证

为深入了解丁醇柴油的喷雾特性,该文根据喷雾可视化试验结果,利用AVL Fire软件建立了耦合喷嘴内流动的丁醇柴油喷雾模型,并依据试验结果证明了模型的准确性。通过该模型研究了喷油压力、背压和掺混比对丁醇柴油喷雾的影响,计算了各种因素对混合燃料的油束发展、喷雾贯穿距、索特平均直径(sauter mean diameter,SMD)、速度场和浓度场的影响。结果表明:随喷油压力和背压的变化,正丁醇体积分数为25%的丁醇柴油混合燃料(记为N25)的油束形态基本不变;随喷油压力的升高,N25的贯穿距增加,SMD减小,油束和环境的卷吸增强,油束中心速度和轴线附近浓度均增加;随背压的升高,N25贯穿距减小,SMD在喷雾初期稍降,喷雾中后期基本不变,油束中心的速度降低,浓度增加;随正丁醇掺混比的增加,贯穿距和SMD均逐渐降低;随环境温度的升高,贯穿距增加,SMD在温度由293.15 K升高后明显降低,而后随温度升高变化不大。该文的研究分析了多种因素对丁醇柴油喷雾的影响,为其作为替代燃料的应用提供了理论支持。     

基于超高速摄影分析柴油机近场喷雾锥角变化特性

为研究近场喷雾锥角的变化及其对初次雾化的影响,在可视化定容弹试验台上,采用超高速数码摄影和长距工作显微成像技术相结合的方法,研究了不同喷射压力、背压及孔径对距喷孔出口4 mm范围内高速射流的喷雾锥角的影响。结果表明,在整个喷油过程中,近场喷雾锥角呈现三段式的发展,存在2个波峰"始峰"和"尾峰"以及一个稳定波动段;启喷阶段,喷射压力越高近场喷雾锥角的"始峰"值越大,且"始峰"出现的越早,喷油器的启喷性能也越好,而背压对启喷性能影响较小;结束阶段,随着喷射压力和背压的升高,近场喷雾锥角的"尾峰"值越大,同时"尾峰"出现的时刻更为靠后;稳定阶段,背压越大,近场喷雾锥角越大,而近场喷雾锥角随喷孔直径的增加呈现出减小的趋势。     

柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响

该文对比分析了乙醇、柴油混合组成乙醇柴油混合燃料的方法，采用生物质作助溶剂配制了乙醇柴油混合燃料。在单缸柴油机上分别使用纯柴油和乙醇柴油混合燃料，进行了改变供油提前角对发动机燃料经济性影响的试验。结果表明：使用乙醇柴油混合燃料时，供油提前角的改变对燃料经济性的影响比较敏感，且相对使用纯柴油，适当减小供油提前角对提高燃料经济性有利。     

不同配比乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性

为了研究乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性,该文在双缸直喷式柴油机和在用的柴油轿车上分别进行了发动机台架试验和整车底盘测功机试验。结果表明,在不调整柴油机条件下,使用乙醇柴油混合燃料能够在一定程度上改善发动机燃油经济性和降低排气烟度和NOX排放,但HC排放增加。适当减小供油提前角有利于改善乙醇柴油混合燃料发动机经济性和排放特性。对于试验车辆,燃用E10有利于降低汽车在中、高速时的等速工况燃料消耗量和常温下冷起动后PM、NOX排放量。该研究结果对于改善乙醇柴油混合燃料的燃油经济性和排放性具有实用价值。     

柴油机喷嘴内小桐子油流动特性仿真分析

为对燃用小桐子油柴油机的燃油喷射及雾化进行系统研究,建立了考虑燃油黏度、密度及气泡数密度随喷射条件变化的三维气液两相流空穴模型,在对所建数学模型验证的基础上,进行了喷油压力、喷油背压及燃油温度对喷嘴内小桐子油空穴流动特性影响的数值模拟,并与喷嘴内柴油的流动特性进行了对比分析。结果表明：应用小桐子油作燃油时,随着喷油压力的增加,喷孔出口燃油的平均流速及质量流量逐渐增加,流量系数逐渐降低,但空化效应变化并不明显;喷油背压的变化对喷嘴内小桐子油的流动特性影响较小;随着燃油温度的升高,喷孔出口平均流速、质量流量及流量系数均大幅提高,空化效应显著增强。相同喷射条件下,小桐子油的空化效应及喷孔出口平均流速均低于柴油,但其质量流量及流量系数是否低于柴油,还受到燃油温度的影响。该研究可为燃用小桐子油柴油机工作过程的深入分析提供参考。     

柴油机燃用柴油与生物柴油的雾化特性分析

燃油雾化特性是影响柴油机燃烧和排放的关键因素,对比分析了柴油、生物柴油的喷雾特性,探讨了密度、黏度、分子结构、调合比例、喷油泵转速和燃油温度等因素对雾化特性的影响。结果表明：减小生物柴油的密度,降低黏度,通过燃料重新设计打断分子双键结构均可有效改善雾化特性;柴油机喷油泵的转速在1?100 r/min时,柴油和生物柴油的贯穿距离分别在0～0.9?ms和0.5～0.7?ms时到达最大;在上止点5℃A左右,温度为380?K,100%负荷时,生物柴油的索特平均直径最大。     

生物质混合燃料在柴油机喷嘴内流动特性模拟

为了研究燃料物性差异对喷孔内流动特性的影响,通过GAMBIT软件建立三维喷嘴模型,利用FLUENT软件采用混合多相流模型,对柴油、生物柴油、生物柴油/乙醇混合燃料的喷孔内压强分布、速度分布和空化程度进行仿真分析。结果表明:燃油在压力室与喷孔入口衔接处压强迅速下降,进入喷孔后压强趋于稳定,在喷孔出口处压强略有上升;生物柴油的压强降幅最大,在喷孔不同截面处,与柴油相比生物柴油的压强平均下降了23.91%;生物柴油/乙醇混合燃料与柴油的压强降幅差别不大。燃油流速在喷孔入口处迅速增加,进入喷孔后增速放缓,在喷孔出口处燃油流速略有下降;在喷孔径向方向,由于壁面黏滞力作用导致速度从中心轴线向外围呈递减趋势;在喷孔不同截面处柴油的流速最快,其在喷嘴出口处的流速为229.8 m/s;生物柴油/乙醇混合燃料在喷嘴出口处的流速为223.1 m/s;生物柴油的流速最小,其在喷嘴出口处的流速为214.9 m/s。空穴现象首先发生在喷孔入口拐角处,随后向喷孔出口发展,并逐渐减弱。喷孔不同截面处,柴油的气相体积分数最大,生物柴油的气相体积分数最小,其气相体积分数比柴油平均下降了11.1%,与柴油相比生物柴油的空化程度较弱;生物柴油/乙醇混合燃料的气相体积分数与柴油差别不大,仅降低了1.8%,在生物柴油中添加乙醇能够降低燃料的密度、粘度和表面张力,改善燃料在喷孔内的流动特性,促进空化产生,喷孔内的空化现象能够为圆射流喷雾提供初始扰动,促进燃油雾化。该研究可为生物柴油/乙醇混合燃料流通特性研究提供理论支持。     

柴油机喷雾特性对喷油和环境参数响应灵敏度分析

为了解柴油喷雾特性对喷油和环境参数(背景温度、密度)响应灵敏度,利用高速摄影直拍、纹影技术和自编的图像处理程序,分析了喷雾特性对喷油参数(喷射压力、喷孔直径)响应灵敏度。结合灵敏度分析结果,对比了喷油参数(喷射压力、喷孔直径)和环境参数(背景温度、背景密度)对喷雾特性影响程度的大小。研究结果表明:在背景温度304~770 K,背景密度13~26 kg/m3,喷孔直径0.18~0.26 mm,喷射压力120~160 MPa范围内,雾注气相体积百分比对背景温度响应灵敏度最大,其次是喷孔直径和喷油压力,背景密度最小;雾注平均过量空气系数对喷孔直径响应灵敏度最大,喷油压力略小,其次是背景温度和背景密度。     

新型定容燃烧喷雾模拟实验装置的开发及应用

研制成功了一种无需将燃烧弹壳体加热到高温，只需点燃可控预充可燃混合气即可模拟现代柴油机喷油时缸内高温、高压、高密度工作环境下高压燃油喷射特性及油束撞壁混合过程的定容燃烧喷雾模拟实验装置。此装置可以采用平面激光诱导荧光法(PLIF)等多种光学方法对柴油喷雾油束特性及油束撞壁混合过程进行测量。经实验验证，此装置可以模拟实际发动机高达6.5 MPa、1000 K的缸内高压、高温工作环境，并给出了模拟不同压力和温度时预充气组分各分压的理论计算方法及实验所得的压力—时间曲线，为测量现代柴油机的喷雾特性及油束撞壁混合过程提供了必要的条件。     

柴油机双卷流燃烧系统的排放特性

为研究双卷流燃烧系统对直喷式柴油机有害排放物生成的影响,该文采用试验和计算流体力学CFD仿真分析方法,探讨燃油喷射系统中喷油提前角、喷孔直径、油束夹角和涡流比对双卷流燃烧系统(DSCS)排放特性的影响.研究结果表明:随着喷油提前角的增加和喷孔直径的减小,NOx生成量增加,碳烟生成量降低;随着油束夹角的增加,碳烟生成量降低,NOx生成量先增加后降低;涡流比和弧脊的匹配直接影响着双卷流燃烧系统中燃油的雾化、混合和燃烧过程,为了降低有害污染物的排放应采用较小的涡流比与双卷流燃烧室,确定了与双卷流燃烧室相匹配的满足NOx、碳烟排放最佳涡流比为1.该研究可为柴油机双卷流燃烧系统优化设计提供参考.     

基于多普勒粒子分析仪的生物柴油喷雾特性试验

柴油机燃烧过程直接决定了柴油机的动力性、经济性和排放性能,而燃油雾化的质量又是影响燃烧过程最重要的因素。该文研究了生物柴油及其调和油的雾化特性,在模拟气缸中,运用相位多普勒粒子分析仪（phase Doppler particle analyzer,PDPA）测量系统对生物柴油及矿物柴油不同比例调和油的喷雾场进行了测量,得到了喷雾场中油滴的速度矢量和油滴直径。结果表明：在油束的核心区过后,喷孔直径对雾化影响比较大,小孔径的雾化效果好;喷油器不同的较小启喷压力（在常用启喷压力范围内）对生物柴油没有很大的影响;生物柴油的雾化效果不如柴油好,直观表现就是索特平均直径较大;油泵转速高,油滴的脉动速度就大,索特平均直径就小。     

气泡模型在喷油系统模型仿真中的应用

为了更准确预测喷油系统中压力脉动变化,引入了基于气泡溶解和析出的物理过程的气泡模型,将其应用到柴油机喷油系统模型中,并编制了喷油系统模型仿真程序。对含气率恒定和应用气泡模型的柴油机喷油系统分别进行仿真,并将仿真结果与试验数据进行了对比。对比结果表明：含气率恒定的喷油系统模型仿真结果曲线比较平滑,而应用了气泡模型的喷油系统模型中,由于气泡体积随着系统压力和时间而变化,尤其在压力大于45 MPa后,气泡体积减小速度增大,造成压力出现震荡,仿真结果和试验数据更加吻合。该研究不仅验证了气泡模型应用在柴油机喷油系统仿真中的可行性,而且为以后气液两相条件下的柴油机喷油系统模拟研究提供了基础。