热氛围下水喷射雾化特性试验

发动机缸内喷水在抑制爆震、拓宽工作边界和提高热效率方面有很大优势,而缸内喷水喷雾的宏观喷雾特性对缸内喷水相关研究有重要意义.利用热氛围试验系统,对高温环境下水的雾化特性进行了研究.结果表明:在未达到闪急沸腾的情况下,液相喷雾贯穿距与喷射水的密度、环境介质密度和喷射压力正相关,破碎长度内液相喷雾贯穿距主要受喷射水的密度影响,破碎长度外液相喷雾贯穿距受喷水密度的影响减小.给出了环境温度在350℃以下(包含350℃)、喷水温度在125℃以下(包含125℃)的液相喷雾贯穿距经验公式.液相喷雾锥角随喷射压力增加而减小.喷水温度和环境温度的增加都加快喷雾蒸发,使液相喷雾锥角减少,当二者增加到一定程度时,喷雾的液相锥角趋于稳定.试验条件下,喷水温度达到120℃后,液相喷雾锥角稳定维持在11°左右.     

强化混合条件下乙醇柴油和柴油的喷雾混合特性

通过可视化定容燃烧弹试验台,采用纹影法研究了强化混合条件对乙醇柴油(E 20)和柴油喷雾混合特性的影响,喷油压力为50~200,MPa,燃油温度为343~423,K.试验表明:随喷油压力提高,喷雾锥角略有减小,但喷雾贯穿距和喷雾体积显著增大,喷雾的油气混合速率大幅提高;随燃油温度增加,喷雾锥角、喷雾贯穿距和喷雾体积变化不大,喷雾混合速率变化不明显.尽管乙醇的挥发性高于柴油,但添加乙醇对柴油喷雾的贯穿距和喷雾锥角影响不大.E 20喷雾贯穿距略小于柴油,喷雾锥角比柴油的约大5%,卷吸的空气体积比柴油稍大,燃空当量比小于柴油,形成稀混合气所需的时间更短.降低氧体积分数将使燃空当量比增大.提高喷油压力和掺混乙醇是加快柴油喷雾稀混合气形成速率的可行方法.     

高压共轨燃油喷射雾化特性试验研究

基于GS-1000型高压共轨试验台和定容容器,利用高速摄影技术对高压共轨燃油喷射的雾化特性进行了研究。通过计算机采集多种工况下的喷雾雾化图像,并利用C#语言编制的图像处理软件对喷雾图像进行了精确处理,测取了喷雾贯穿距、喷雾锥角等喷雾特性参数。试验结果表明：喷雾贯穿距随喷射压力的升高而增大,喷射压力对喷雾锥角的影响不明显。燃油喷雾贯穿距随背压的升高而减小,喷雾锥角随背压的升高而增大。     

高压共轨燃油喷射雾化特性试验研究

基于GS-1000型高压共轨试验台和定容容器,利用高速摄影技术对高压共轨燃油喷射的雾化特性进行了研究。通过计算机采集多种工况下的喷雾雾化图像,并利用C#语言编制的图像处理软件对喷雾图像进行了精确处理,测取了喷雾贯穿距、喷雾锥角等喷雾特性参数。试验结果表明:喷雾贯穿距随喷射压力的升高而增大,喷射压力对喷雾锥角的影响不明显。燃油喷雾贯穿距随背压的升高而减小,喷雾锥角随背压的升高而增大。     

柴油含水乙醇乳化燃料物性及喷雾燃烧特性研究

试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。     

船用电控喷油器喷雾宏观特性研究

利用定容弹及高速摄影,采用阴影法拍摄了喷雾图像,研究了喷射压力、环境气体密度对喷雾贯穿距及雾化锥角的影响。试验结果表明:随着喷射压力增大,喷雾贯穿距增大,雾化锥角变化不明显;随着环境气体密度的增大,喷雾贯穿距减小,雾化锥角增大。     

海拔对柴油喷雾和附壁燃烧过程的影响

随着海拔升高,缸内气体密度减小,喷雾液相长度增加,高海拔环境下液态喷雾油滴会直接撞击活塞表面,形成柴油的附壁燃烧.结合具体的发动机参数,利用定容燃烧弹模拟发动机缸内喷雾和燃烧过程,通过高速摄像研究海拔对喷雾撞壁和燃油附壁燃烧过程的影响.结果表明:随着海拔升高,3000 m以上会出现较明显的液态燃油撞壁,并发生燃油的附壁着火燃烧;海拔越高,附壁油雾面积越大,滞燃期越长,着火核心距离壁面越近.燃烧前期,在低海拔下,温度较低的壁面主要对碳烟氧化阶段起到了冷却作用;而在高海拔下,此冷却效果主要作用于滞燃期之前的蒸发和焰前反应过程.燃烧中期,壁面被喷雾火焰加热,冷却作用减弱;低海拔环境下的喷雾和燃烧过程在壁面附近不再形成低温碳烟层;高海拔环境下的喷雾过程则由于壁面附近的过浓混合气燃烧产生大量低温低亮度碳烟,且海拔越高,低亮度碳烟层越厚.燃烧后期,海拔的升高会导致壁面附近火焰的厚度和铺展范围增加,燃烧放热重心后移,对柴油机做功和热效率产生不利影响.     

煤油掺混乙醇燃料的喷雾特性试验研究

燃料的喷雾特性对其燃烧及排放性能有重要影响.因此在定容弹中利用多孔喷油器试验研究了纯煤油及煤油掺混30%和50%乙醇混合燃料在环境温度为289.15 K,环境压力为0.1 MPa下,喷射压力分别为6 MPa、8 MPa和10 MPa时的喷雾特性.结果表明:随乙醇比例增加,混合燃料的贯穿距变化不明显,喷雾锥角和喷雾面积均先增加后下降;随喷油压力升高,乙醇/煤油混合燃料的贯穿距和喷雾面积均增加,但喷雾锥角几乎不变.此外,喷射压力的增加对纯煤油喷雾特性的影响逐渐减小,却对乙醇/煤油混合燃料喷雾特性的影响逐渐增大.     

煤制油宏观喷雾特性试验研究

采用高速摄影技术和纹影法,通过试验研究了喷射背压、喷油嘴开启压力和喷孔直径对煤制油宏观喷雾特性的影响。试验结果表明:随喷射的持续,煤制油的喷雾贯穿距逐渐增大,而喷雾锥角呈先增大后减小的规律;喷射背压增大使得煤制油的喷雾贯穿距减小并使喷雾锥角增大;喷油嘴孔径的增大使得喷雾贯穿距离和喷雾锥角均增大;当喷油嘴的开启压力在15~23MPa之间变化时,煤制油的宏观喷雾特性变化不明显。与柴油的喷雾特性相比,两种燃油的喷雾特性变化规律基本相同,但煤制油的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大。     

汽油/柴油掺混燃油两段喷射喷雾特性试验研究

基于定容燃烧弹与超高速数码相机搭建的LED-Mie散射喷雾试验台,研究了不同参数对柴油、汽油质量占比20%的柴汽混合油(记为G20)单段与两段喷射主喷液相喷雾特性的影响。结果表明,单段喷射喷雾贯穿距与喷雾锥角随喷射压力的增大而增大,G20喷雾贯穿距略小于柴油喷雾贯穿距,G20喷雾锥角略大于柴油喷雾锥角。将环境温度由300K升高到850K,喷雾贯穿距变小且喷雾很快达到稳定。冷态环境下(300K),两段喷射主喷喷雾贯穿距起始阶段与单段喷射喷雾贯穿距基本一致,但随着喷雾发展200μs左右后,两段喷射主喷喷雾贯穿距变得略小于单段喷射喷雾贯穿距。两段喷射主喷喷雾锥角略大于单段喷射喷雾锥角,预主喷间隔时间对喷雾锥角影响较小。     

燃油温度对喷雾特性的影响研究

以KIVA-3V为基础,研究了在定容室喷雾条件下,燃油温度对喷雾气液相贯穿距、气相总体积及气相混合气燃空当量比分布的影响。研究结果表明:随着燃油温度的升高,喷雾的液相及气相贯穿距缩短,蒸发喷雾在径向上的扩展明显增强,喷雾蒸发的气相体积几乎呈线性增加;在燃油温度为293K时,喷雾中气相混合气燃空当量比小于1的油气质量占所蒸发总油气质量的90%以上,而燃空当量比大于2的油气质量近乎为零;但当燃油温度达530K时,喷雾中气相混合气燃空当量比大于2的油气质量约占所蒸发油气总质量的70%。     

高温高压环境下正己烷喷射燃烧的现象学

基于定容燃烧弹研究了亚临界状态的正己烷喷射到近临界点的亚/超临界环境时的喷射燃烧过程,并利用高速摄像机和光学测试系统采集图像信息,探究相同超临界温度、不同亚/超临界压力下正己烷喷射燃烧过程的差异.结果表明:亚临界环境压力下,随着环境压力的增加,喷射正己烷的滞燃期呈先减小后增大的趋势,在临界压力处出现峰值,而进入超临界环境压力后,又呈现出减小的趋势.燃烧着火始点的位置随着环境压力的增加逐渐靠近油嘴,但在临界点附近,着火点位置沿喷射轴线方向离油嘴的距离呈先增大后减小的趋势.超临界环境下的喷射火焰相比于亚临界环境下的喷射火焰拥有较大的火焰锥角,这是由亚/超临界环境下燃油喷射、汽化及燃烧过程的差异所致.     

高喷射压力下柴油喷雾燃烧的试验及仿真

在定容弹中对高喷射压力下柴油喷雾着火燃烧开展试验及仿真,对不同喷射压力下喷雾蒸发过程及高压下柴油喷雾着火燃烧过程进行分析。结果表明：喷射压力越高,喷雾贯穿距越长,蒸发率更快,达到完全蒸发的时间越短。燃烧过程的仿真结果表明：喷雾着火呈现明显的双阶段特性,CH₂O质量分数和OH质量分数可分别表征第一和第二阶段着火;气相燃油达到高含量区时促发第二阶段成功着火。试验及仿真的碳烟呈现一致性趋势,浓碳烟主要集中在喷雾头部,与OH不同的是,碳烟在整个第二阶段的燃烧过程中持续存在。     

柴油喷雾撞壁形态和油束发展特征

在一台高温、高压定容燃烧弹上研究了不同撞壁距离、喷射压力和环境温度与压力条件下,柴油油束撞壁后近壁面区域的喷雾特性.利用高速摄像测量了自由喷雾和撞壁喷雾的油束发展历程,并结合仿真对燃油气相浓度和流场特性进行分析.结果表明:在环境温度为500~900,K、环境压力为1~4,MPa时,喷射压力对喷雾锥角影响较小;环境温度达到700,K及以上时,喷射压力对喷雾贯穿距的影响较小,特别当撞壁距离减小到30,mm和20,mm时,出现喷雾贯穿距随喷射压力增大而略微减小的趋势;相对于撞壁喷雾,环境温度对自由喷雾贯穿距的影响更大;随着撞壁距离减小,喷雾贯穿距逐渐减小,喷雾锥角逐渐增大,而喷雾高度则呈现先增大后减小的趋势.在上述4种边界参数中,撞壁距离对撞壁油束发展特征影响最大.     

不同湿壁条件下喷雾碰壁燃烧过程分析

利用定容燃烧弹试验装置,分别改变定容弹燃烧室内充气密度及喷油孔直径获得不同的湿壁条件,充气密度及喷孔直径范围分别为7.5～15.0kg/m~3及0.11～0.22mm,采用高速摄像机拍摄研究了不同湿壁条件对喷雾碰壁燃烧过程的影响。结果表明:喷雾燃烧滞燃期随充气密度的减小而增大,并且随着湿壁程度的增加而增加,滞燃期受充气密度的影响更显著。而在给定的高喷油压力高进气密度条件下,不同喷孔直径下的喷雾雾化效果都十分良好,喷雾着火主要受化学准备时间影响,滞燃期的波动不大。随着湿壁程度的加重,喷雾燃烧更晚进入高温着火阶段,后燃现象加重,燃烧持续期增长,碳烟的生成量急剧增多。     

二甲基醚（DME）喷雾混合特性的研究

采用阴影法和数学模型方法研究二甲基醚喷雾混合特性,研究了缸内工质密度,喷孔直径,启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,试验结果表明,二甲基醚喷雾破碎期约为0.2ms-0.4ms,环境密度,喷孔直径增大时,喷雾破碎期缩短,锥角增大,由于贯穿速度大,喷雾贯穿距增大;启喷压力对二甲基醚喷雾贯穿距影响不大,对喷雾锥角有些影响,启喷压力高,喷雾体发展初期,锥角增大,但空间发展后期,两种启喷压力的喷雾锥角趋于一致,喷雾混合特性计算结果表明,二甲基醚喷雾体平均化学当量空燃比比柴油大,因而柴油机燃用二甲基醚时涡流比不宜过大,环境密度增大,喷孔直径减小,喷雾体平均化学当量空燃比增大。     

两次喷射策略下的预主喷射喷雾与燃烧特性研究

基于定容燃烧弹系统,分别采用米氏散射法、自发火焰发光法、OH化学荧光法研究了两次喷射策略下喷雾和燃烧特性及预喷射对主喷射的影响。研究分析发现:相比单次喷射,两次喷射在预喷射作用下,主喷射着火位置更加靠近喷嘴且着火延迟期与火焰浮起长度变短;随着预喷射与主喷射时间间隔增加,主喷射喷雾锥角减小,着火延迟期增加,但着火位置无明显差异;间隔时间为0.9ms时火焰最暗,间隔时间为1.2ms时火焰最亮。     

柴油两段喷射中预喷对主喷燃烧特性影响试验研究

采用可视化定容弹搭配高速数码相机研究柴油两段喷射过程中预喷对主喷喷雾在低温下的燃烧特性的影响。通过对单段喷雾燃烧过程的试验研究发现,随喷射压力增大单段喷雾燃烧的着火延迟期与燃烧持续期减小,而火焰浮起长度与液相长度增大。同时,在相同喷射压力与喷射脉宽下对比单段喷雾燃烧过程与两段喷射主喷燃烧过程得到:两段喷雾的主喷着火位置更靠近喷嘴;主喷的着火延迟期大大缩短,但预喷量对其影响较小;两段喷雾的主喷燃烧持续期增大,且随着预喷量的增大而增大;两段喷雾的主喷燃烧火焰浮起长度小于单段喷雾燃烧火焰浮起长度,且随着预喷量的增大略有增大;两段喷雾燃烧的液相长度小于单段喷雾燃烧的液相长度,且随着预喷量的增大而减小。     

柴油引燃天然气发动机天然气射流特性

在定容弹上利用纹影法开展了不同喷射压力和喷射间隔下的天然气/柴油双燃料喷射中天然气射流特性研究,并结合PIV试验得到的天然气射流环境流场探讨了天然气射流和柴油喷雾相互作用过程.结果表明:天然气射流头部、中部、底部周围空气有不同的运动状态;天然气射流在贯穿柴油喷雾时会受其阻碍,使得射流贯穿距和锥角均减小;天然气喷射压力的提高会减弱柴油喷雾对天然气射流的影响;随着喷射间隔增大,柴油喷雾与天然气射流的相互作用减弱,柴油喷雾对天然气射流贯穿距和锥角的影响也随之减小.     

高压燃油喷射诱导激波对喷雾特性的影响

为了研究诱导激波对喷雾特性的影响,采用纹影法和仿真模拟的方法对不同喷射压力、不同环境介质条件下的喷雾和激波特性进行研究.结果表明:在相同喷射压力和环境密度下,在燃油喷射初期,存在激波条件下的喷雾贯穿距小于无激波条件下喷雾贯穿距,从仿真结果来看,在燃油喷射初期激波为附体激波,激波后环境气体密度和压力均大于激波前,激波后具有更大密度和压力的环境气体会阻碍喷雾的发展,从而导致贯穿距变小.在燃油喷射中后期激波与喷雾分离之后,存在激波条件的喷雾贯穿距则要高于无激波条件下的喷雾贯穿距.激波还可以增强燃油与空气混合程度,对增大喷雾体积有一定的促进作用,且促进效果会随着激波强度的增大而更加明显,有利于油、气混合气的形成.超高压喷射仿真结果表明,当喷射压力达到240 MPa和320 MPa时,喷射初期斜激波的末端会产生弓形激波,可以加剧湍流运动促进油、气混合,此外激波的产生使激波处环境气体温度升高,当喷射压力达到320 MPa时,激波处温度最多可升高16%,这有利于燃油的雾化蒸发.