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。     

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.     

高功率密度柴油机大喷油量喷雾撞壁燃烧特性研究

动力技术的快速发展对动力系统的功率密度的要求越来越高,其中高功率密度柴油机应用场景广泛,对于提升我国农用机械、重型工程机械等动力系统技术水平至关重要。高功率密度柴油机需要大喷油量在有限燃烧室空间内的快速燃烧,这就需要提高燃油喷射压力,大量燃油喷雾撞壁燃烧现在不可避免。采用数值模拟的方法研究了大喷油量喷雾撞壁燃烧现象:喷雾撞壁燃烧和自由喷雾燃烧特性相比,适当的喷雾撞壁距离有利于改善燃烧,撞壁距离过短,出现燃油喷雾过早撞壁现象,不利于燃油喷雾在燃烧空间的扩散,油气混合质量变差,导致燃烧恶化。喷雾撞壁也会强化喷雾和空气混合过程,45 mm的喷雾撞壁距离有利于提高燃烧速度;壁面温度升高着火时刻提前,soot生成增多,后燃严重,燃烧持续期变长,不利于燃烧效率的提升。     

燃烧室背压对压力涡流喷嘴喷雾特性的影响

采用高速摄影技术、激光测粒仪和PIV测试技术系统试验研究了燃烧室背压对斯特林发动机压力涡流喷嘴喷雾形成过程、贯穿距离增长规律、喷雾锥角、液滴粒径和喷雾流场的影响。结果表明,燃烧室背压的增加使喷雾形状更加致密,贯穿距离的增加变缓,液滴平均速度增加,索特平均直径增加。当燃烧室背压大于1.0~1.5MPa之间的一个临界值时,其对喷雾锥角没有影响,小于此临界值,燃烧室背压的增加会使喷雾锥角急剧降低。     

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。     

高压喷射条件下非常态燃油喷嘴内部空化流动特性

为了改善柴油机喷嘴出口处燃油液滴的破碎状态并增加初始湍动能,采用了180 MPa的高压燃油喷射。推导了受高压喷射影响时非常态燃油各个物性参数与压力之间的关系。搭建了高压定容器喷雾闪光摄影试验台架,在AVL FIRE软件平台上建立了喷油嘴喷孔内部流场的三维CFD模型,通过喷雾测试结果对仿真模型进行了修正。分析了喷孔内部气液两相流场的三维流态以及空化流动特性。结果表明,非常态燃油物性参数的变化有利于增强空化效应;增大燃油喷射背压对孔内的空化效应具有抑制作用;随着喷孔直径增加,燃油高速区域扩大,空化效应增强;增大喷射夹角也有利于增强空化效应,但效果不明显。     

高喷射压力下生物柴油喷雾特性试验与仿真

利用高速摄影技术,在定容燃烧弹中进行了高喷射压力条件下的生物柴油与柴油喷雾特性试验,对比了两种燃料的喷雾形态、贯穿距离、喷雾锥角,然后利用仿真计算研究了背景压力、喷射压力、背景温度对生物柴油贯穿距离的影响规律。研究结果表明:背景压力增加,生物柴油贯穿距离减小;喷射压力升高,生物柴油贯穿距离增大;背景温度增加,生物柴油贯穿距离先增大后减小,呈现不规律的波动,生物柴油的蒸发速率较大是造成这种现象的原因。     

柴油机喷嘴内空穴流动可视化试验与数值模拟

柴油机喷雾特性除了与气缸内气流运动有关外,也与喷嘴内空穴流动有密切的关系.设计了比例放大多孔喷嘴内空穴流动和喷雾的可视化试验装置,进行了不同燃油喷射压力下喷嘴内空穴现象和喷雾的可视化试验,对所建喷嘴内空穴流动的三维数值计算模型进行了试验验证.采用试验和数值模拟相结合的方法分析了喷嘴内部流动从单相湍流流动发展为空穴流动、超空穴流动的流动特性,得出了喷嘴流量系数与喷射压力及空穴参数之间的关系以及喷嘴内出现空穴现象的临界条件.     

进气流动对PFI汽油机燃油喷雾碰壁过程的影响

进气流动对进气道喷射式(PFI)汽油机燃油喷射过程有重要的影响,采用数值计算及台架试验的方法研究了进气流动对汽油喷雾碰壁过程的影响。研究表明:进气气流有助于燃油的空间雾化,减少以液态形式到达壁面的燃油;进气流动能够明显提高喷雾的贯穿性能,同时在进气流动方向上产生的偏转使附壁油膜的落点产生变化,使油膜的面积增大,有助于附壁油膜的蒸发;当机体温度较低时,进气流动对燃油蒸发的作用较为明显;当节气门开度较大时,由于温度较高,进气流动对发动机性能的改善效果不明显。     

柴油机电控燃油喷射系统现状与发展趋势

介绍了目前应用的电控泵喷嘴和电控高压共轨燃油喷射系统的组成、原理和特点。为满足更为严格的排放法规要求,国外柴油机电控燃油喷射系统采用了高喷油压力、电控蓄压式泵-喷嘴、压电晶体喷油器和高度柔性调节能力的高压喷油系统等新技术。通过分析这些新技术的特点,归纳出柴油机电控燃油喷射系统将向高喷油压力、响应更快、多次喷射、精量控制、高度的柔性调节和低能耗的方向发展。     

共轨条件下的柴油机燃油喷雾碰壁试验研究

在中小型柴油机混合气形成过程中,燃油喷雾碰壁和空气运动的相互作用对柴油机的燃烧以及排放有重要影响。为此,利用自制的喷雾碰壁试验台对油束撞击壁面的雾化情况进行了可视化研究。结果表明,随着喷油压力和壁面温度的提高,喷雾碰壁雾化效果进一步加强;随着碰壁距离的增加,油束撞击壁面后扩散体积减小;随着壁面倾角的增大,雾注上游半径减小、下游半径增大,卷吸高度则变化较小,整体扩散体积略有增加。     

缸内直喷汽油机多孔喷雾破碎模型研究

为了建立缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾破碎模型,对FIPA模型、Huh Gosman模型和KH-RT模型进行分析评估,确定了缸内汽油直喷二次破碎模型;以喷油压力为参数,基于初始破碎粒径分布公式,建立了缸内汽油直喷喷雾破碎模型;最后通过定容喷雾实验进行汽油自由喷雾实验,验证所建模型的合理性。研究结果发现:Huh Gosman模型在汽油喷雾模拟过程中,模拟结果与实际喷射过程最为接近;FIPA模型在相应模拟条件下,液滴的破碎速度过快;而KH-RT模型在该喷射条件下,液滴的破碎速度过慢。通过对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,计算结果与实验结果吻合较好。     

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％.     

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。     

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。     

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。     

柴油机内锥碰撞式伞状喷雾燃烧系统性能试验

为提高直喷式柴油机缸内油气的混合速率及其分布均匀度,利用从多孔油嘴喷出的油束撞击设置在喷孔出口外围的内锥导向面上,扩展成近似的伞状喷雾,喷雾的碰撞量可以通过改变喷孔和碰撞面的相对位置来调整.应用FIRE 8.4对全碰和半碰喷雾及多孔自由喷雾的空间分布特性进行了模拟分析.结果表明:与自由喷雾相比,内锥碰撞式伞状喷雾具有扩散度高、周向分布均匀的特点.在单缸135型柴油机上进行的燃烧性能对比试验表明:半碰方式好于全碰方式,半碰方式时采用4孔油嘴优于6孔油嘴,适当的供油提前角有利于实现柴油机的热预混合燃烧.     

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%.     

棉籽油作为S195柴油机燃料的试验研究

通过试验研究了S195柴油机燃烧棉籽油与0#柴油的混合燃油时不同喷油压力下喷雾锥角的变化趋势,以及在不同负荷下的有效耗油率.分析可知:适当地提高喷油压力可以改善混合油的燃烧性能;在S195柴油机上燃烧B20混合燃油(由20%的棉籽油和80%的0#柴油组成)时,具有更好的动力性、经济性,为在低速农用柴油机上燃烧棉籽油提供了一个参考依据.     

小型直喷式柴油机喷油特性及缸内空气运动的研究

利用高速纹影摄影法,在定容燃烧喷雾装置上,针对小缸径直喷式柴油机上常见的“ω”型和四角形两种燃烧室的空气运动、油束形状及油束碰壁后的反溅效果等进行了研究,取得一些结果。