LPG/柴油混合燃料喷雾特性的试验研究

采用高速摄影技术,对液化石油气(LPG)、柴油以及两种LPG／柴油混合燃料(LPG质量分数分别为30％及50％)的喷雾特性进行了对比实验研究,探讨了混合燃料成分、启喷压力、喷孔直径和喷射背压等参数对喷雾贯穿和喷雾形状的影响规律．研究结果表明,在相同的喷射条件下,纯LPG的喷雾贯穿距离最短,蒸发气化速度最快;四种燃料喷雾的贯穿距离均随背压的升高而减少,而其喷雾锥角则随背压的升高而增大;当背压大于LPG的临界压力时,两种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾锥角均随喷射压力的上升、喷孔直径的增大而增大;背压对贯穿距离、喷雾锥角的影响均大于启喷压力．     

含水乙醇多孔直喷喷油器喷雾特性试验研究

含水乙醇在具有现有燃料乙醇优点的同时,还可以降低生产过程中的能源消耗和排放。应用高速摄像机和定容弹系统,在五孔直喷汽油喷油器上研究体积分数95%的含水乙醇在不同燃油温度和喷射背压下的喷雾特性,分析其喷雾形态、贯穿距、喷雾锥角、喷雾宽度、喷雾投影面积及闪沸现象,并与纯汽油的喷雾特性进行对比。研究结果表明：含水乙醇喷雾处于冷态射流状态时,贯穿距大于汽油并随背压升高而降低、油温升高而升高;喷雾锥角小于汽油,并随着背压升高而减小;在完全闪沸状态下,喷雾坍塌成单束油束,喷雾贯穿距明显增长,喷雾锥角明显减小,在靠近喷孔区域喷雾宽度增加,远离喷孔区域喷雾宽度减小,此时喷雾投影面积主要受喷射背压影响。     

二甲醚和柴油高压喷射喷雾与燃烧可视化对比研究

为明晰高压喷射条件二甲醚闪急沸腾状态下的喷雾形态、自着火和火焰发展特性，通过高温高压定容燃烧弹，利用高速相机基于纹影法对比研究了柴油和二甲醚的喷雾和燃烧特性。实验中将喷射压力设置为60、100 MPa,环境背压设置为4 MPa,在喷雾、燃烧条件下环境温度分别设置为400、800 K。研究结果表明：同工况下二甲醚的喷雾贯穿距和喷雾面积均小于柴油，但其喷雾锥角大于柴油，雾化时间短于柴油，雾化效果优于柴油。随着喷射压力的提高，二甲醚与柴油的贯穿距和喷雾面积都增大，100 MPa喷射压力下二甲醚喷雾面积较60 MPa增大18.18%,而同工况下柴油增大23.5%。相比于柴油，二甲醚燃烧滞燃期和火焰浮起长度较短，燃烧持续期与柴油相当，但二甲醚燃烧火焰亮度、火焰面积和碳烟生成量明显低于柴油。随着喷射压力的提高，柴油与二甲醚的碳烟生成量均降低，但二甲醚的碳烟生成量降低效果更加显著，该文碳烟生成量用体积分数KL因子总和来表示，发现100 MPa喷射压力下的二甲醚KL总和较60 MPa减小33.3%,而同工况下柴油减小19.32%。     

二甲基醚喷雾混合过程的计算研究

采用气相射流模型对二甲基醚的喷雾特性进行了模拟计算,并将其与柴油喷雾的模拟计算值进行了对比．结果表明,在喷孔直径、环境密度等参数相同的条件下,二甲基醚喷雾的轴心速度和浓度的衰减速率均大于柴油喷雾的,而二甲基醚喷雾的贯穿距离与锥角则分别小于和大于柴油喷雾的．当环境密度和喷孔直径改变时,DME喷雾的轴心速度、贯穿距离和喷雾锥角均会随之变化．模拟计算结果与实验观测结果基本相符。     

二甲醚喷雾特性的研究

采用高速摄影和激光阴影法在压力容弹中研究了喷油启喷压力、环境介质的密度、喷孔直径等参数对二甲醚喷雾特性的影响,并与柴油的喷雾特性进行了对比,结果表明：二甲醚的喷雾贯彻度小于柴油,喷雾锥角比柴油大;随着环境介质密度的增加,二甲醚的喷贯穿度减小,喷雾锥角增大;随着喷孔直径原增大,喷雾贯穿度和喷雾锥角均增大;当喷嘴启喷压力在10．0－15．0MPa之间变化时,二甲醚的喷雾贯穿度和喷雾锥角等特性没有变化。     

喷油压力对GDI积碳喷嘴喷雾特性的影响

喷油器积碳是直喷汽油机(GDI)面临的主要问题之一,提高喷油压力可以改善直喷汽油机的喷雾特性和燃烧特性。在自行设计的定容燃烧弹内,研究了两种喷油压力(4 MPa和7 MPa)对3支积碳程度不同的直喷汽油机喷油器喷雾锥角和贯穿距的影响。结果表明,喷油压力从4 MPa提高到7 MPa时,所有喷油器的喷雾锥角均增大,但增加的幅度有所不同,积碳严重的喷油器在喷油过程中喷雾锥角增加的幅度最大,大约增加了25°,积碳较少的喷油器和无积碳喷油器增加幅度相差不大,大约增加了7°。随着喷油器积碳程度的增多,喷雾锥角呈增大的趋势。燃油喷射结束后,喷雾锥角变化不大,主要是由于此时受环境背压的影响。喷油压力较小时,积碳喷油器喷雾锥角变化的波动范围较大,而喷油压力较高时,积碳喷油器喷雾锥角波动范围变化则较小。积碳喷油器贯穿距增长幅度在喷雾发展过程中受喷油压力和积碳程度的影响较小。喷雾的发展速度在各阶段是不同的,低喷油压力时,积碳喷油器的贯穿距均大于无积碳贯穿距,较少积碳喷油器的贯穿距大于最多积碳喷油器的贯穿距,随着喷雾的发展这一趋势并未改变。高喷油压力时,积碳会抑制喷雾贯穿距的增长,较少积碳喷油器的贯穿距始终大于最多积碳喷油器的贯穿距,无积碳喷油器的起始贯穿距小于另两支喷油器,但最后无积碳喷油器的贯穿距大于另两支喷油器贯穿距。     

高压共轨燃油喷射雾化特性的数值预报

利用FLUENT软件,采用WAVE破碎及标准kε湍流模型,对高压燃油喷射雾化过程进行数值模拟研究;在可视化实验平台上,借助高速摄影技术,结合C#语言开发的图像处理软件,分析得出宏观喷雾特性。采用数值模拟方法获得了各种工况下的喷雾贯穿距和锥角等宏观特性的发展规律。研究结果表明:仿真结果与试验结果较吻合。喷射压力越大,喷雾贯穿距越大,喷雾锥角越小;背压越大,喷雾贯穿距越小,喷雾锥角越大;随着喷射时间的增加,单位时间内贯穿距离和喷雾锥角的增加幅度都呈逐渐减小的趋势。     

空气喷射量对空气辅助喷射喷雾特性的影响

利用激光粒度仪分析了空气辅助喷射喷雾索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)的变化规律,并且分别在定容弹及光学发动机上开展了喷雾特性(喷雾锥角和贯穿距离)的试验研究,引入喷雾半锥角(α角和β角)的概念用以分析在有进气气流时空气喷射量对喷雾特性的影响.结果表明,增加空气喷射量可以改善燃油的雾化效果,特别是当喷雾燃空比γ小于0.8时,喷雾的SMD会有明显降低;在定容弹内空气喷射量的增大会使喷雾锥角减小,但对贯穿距离的影响不大;在光学发动机内由于进气气流的影响,空气喷射量的增加会使喷雾锥角增大,贯穿距离变小,同时喷雾锥角随时间的变化趋势也明显不同于定容弹内的试验结果.     

直喷条件下正戊烷闪急沸腾喷雾特性试验

利用纹影法在定容弹中,在不同的试验条件下,进行了正戊烷闪急沸腾喷雾特性试验.通过对喷雾图像的拍摄及处理,分析了燃油温度、环境背压、喷油压力对闪急沸腾喷雾的影响.试验结果表明,发生闪急沸腾时,离散液滴数量增多,液滴直径减小,随燃油温度的提高或者随环境背压的减小,喷雾贯穿距先减小后增大,喷雾锥角和喷雾面积先增大后减小;随喷油压力的增大,喷雾贯穿距增大,锥角及喷雾面积均增大;在燃油温度从293,K变化到363,K,环境背压从30,k Pa变化到100,k Pa,以及喷油压力从5,MPa变化到10,MPa的过程中,喷油压力对喷雾贯穿距影响最大,环境背压次之,燃油温度最小;环境背压对锥角的影响最大,燃油温度次之,喷油压力最小;喷油压力对喷雾面积影响最大,环境背压次之,燃油温度最小.     

含稀相粒子的纳米燃油喷雾特性模拟研究

为了探究稀相纳米异质粒子对燃油射流喷雾特性的影响,基于纳米燃油喷雾可视化试验结果,应用计算流体力学软件建立含稀相纳米粒子的燃油喷雾模型,依据试验结果验证模型的准确性,并通过该模型研究喷油压力、环境温度和粒子质量浓度对CeO_2纳米燃油的喷雾特性的影响。研究结果表明:在相同喷射压力下,不同喷雾发展时刻,纳米燃油的油束贯穿距和索特平均直径(Sauter mean diameter, SMD)比柴油的大,喷雾锥角比柴油的略小。随着喷射压力提高,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距、喷雾锥角和SMD上的差异增大,且差异与纳米粒子质量浓度呈正相关。当射流环境温度上升时,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距和SMD上的差异均有所增加,且在高温环境下,纳米燃油的贯穿距和SMD会逐渐比柴油的小,纳米粒子质量浓度越高,该现象越明显,而喷雾锥角的差距有所减小。     

斯特林发动机低硫柴油和二甲醚冷态喷雾

基于斯特林发动机喷雾特性,建立了斯特林喷嘴的数学物理模型,模拟了冷态工况下低硫柴油(ULSD)和二甲醚（DME）2种不同燃料在不同背压下斯特林发动机的喷雾过程,并与实验结果进行了对比分析.研究发现,背压的增大对ULSD的雾化具有促进作用, 对DME的雾化具有抑制作用;相同流量和背压下,DME的贯距比ULSD小,喷雾锥角比ULSD大.当背压增加较大时,继续提高背压对喷雾锥角的影响减弱,且喷雾锥角随着流量的增大而增大.     

汽化潜热和黏度对含氧燃料喷雾特性影响研究

通过配比柴油/生物柴油/正丁醇混合燃料、柴油/汽油/正庚烷混合燃料,分别和柴油/2,5-二甲基呋喃混合燃料的汽化潜热和黏度一致。基于高压定容装置,利用高速摄影技术对不同含氧燃料的宏观喷雾特性进行研究,分析汽化潜热和黏度的改变对燃料喷雾锥角和贯穿距离的影响。结果表明:含氧燃料的黏度增大,喷雾锥角和贯穿距离均变小;且对喷雾锥角影响显著。汽化潜热增大,会引起喷雾锥角的降低和喷雾贯穿距的增大。相比于其他两种含氧燃料,柴油/2,5-二甲基呋喃混合燃料在相同试验工况下的喷雾特性更好,有利于增强燃料雾化混合质量。     

环境和燃油温度对丁醇／柴油混合燃料喷雾影响的模拟分析

根据喷雾可视化试验的结果,利用 AVL Fire软件建立了正丁醇柴油喷雾的计算模型,并验证了模型的准确性。再利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了油束的发展过程,计算了环境和燃油温度对混合燃料喷雾特性的影响。研究结果表明：在背压一定时,随环境温度的升高,油束初始速度增加,喷雾贯穿距增加,锥角减小;索特平均直径（SMD）先减小,在达到一定温度后随温度升高,喷雾初期又有所增大,后期趋于一致;随着燃油温度升高,N25喷雾贯穿距逐渐减小,SMD在喷雾初期随油温增加逐渐减小,随着喷雾的进行逐渐趋于一致。     

LPG喷雾特性的试验及数值模拟

在定容室内,采用高速摄影技术对液态LPG喷雾的宏观特性进行了研究,并与柴油进行了对比.试验结果发现,在相同喷射条件下,由于LPG较好的蒸发和雾化特性,其喷雾贯穿距离较柴油的短,喷雾锥角较柴油的小.采用KIVA3V2和KHRT破碎模型对LPG和柴油的喷雾特性进行的模拟计算结果表明,在喷雾初期贯穿距离的计算值和试验值符合较好,而在喷雾后期,由于高速摄影不能记录喷雾前端细微油粒的运动,喷雾贯穿距离的计算值和试验值之间存在一定的偏差.通过计算还发现,LPG喷雾的索特平均半径rSMR比柴油的要小;喷雾体外围液滴的rSMR比喷雾体中心的要小.     

环境和燃油温度对丁醇/柴油混合燃料喷雾影响的模拟分析

根据喷雾可视化试验的结果,利用AVL Fire软件建立了正丁醇柴油喷雾的计算模型,并验证了模型的准确性。再利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了油束的发展过程,计算了环境和燃油温度对混合燃料喷雾特性的影响。研究结果表明:在背压一定时,随环境温度的升高,油束初始速度增加,喷雾贯穿距增加,锥角减小;索特平均直径(SMD)先减小,在达到一定温度后随温度升高,喷雾初期又有所增大,后期趋于一致;随着燃油温度升高,N25喷雾贯穿距逐渐减小,SMD在喷雾初期随油温增加逐渐减小,随着喷雾的进行逐渐趋于一致。     

直喷汽油机喷嘴积碳对喷雾的影响

利用纹影法,在定容燃烧弹中对直喷汽油机喷油器进行喷雾特性试验,对比了未积碳喷油器、积碳喷油器和物理清洗过的积碳喷油器在不同喷射压力下的喷雾形态、喷雾锥角以及贯穿距离.结果表明:积碳后喷油器雾化质量较差,喷雾锥角和贯穿距离明显小于未积碳喷油器的喷雾锥角和贯穿距离,提高喷射压力后这种差距有所缩小;积碳喷油器单束油束贯穿距离差别较大,积碳后喷油器流量显著降低,且随喷油压力的增加,积碳喷油器流量的变化更为显著;扫描电子显微镜显示喷油器各喷孔积碳程度不一致,经X射线能谱分析检测后发现,机油中的某些成分以及摩擦产生的金属碎屑对积碳的形成起到促进作用.     

超高喷射压力下GDI喷油器喷雾宏观特性

为了探究在超高喷射压力下GDI(gasoline direct injection)喷油器喷雾的宏观特性,采用阴影法对喷射压力为5~60 MPa的喷雾进行测量,分析喷射压力对油束发展历程、贯穿距离、喷雾锥角、喷雾面积以及喷油器尾喷现象的影响,并通过对DENT经验公式进行修正,得到超高喷射压力下汽油的贯穿距离计算公式。研究结果表明:喷射压力的提高能够促进喷雾外围"分支状结构"的生成;喷射压力的提高使贯穿距离明显增大;喷雾面积随喷射压力的提高有所增加,但增幅逐渐减小;喷射压力每增加10 MPa,喷雾锥角峰值平均增加1.5°;当喷射压力达到30 MPa及以上时,喷油器尾喷现象基本消失;随着喷雾发展,贯穿距离和喷雾面积均呈现一定程度的线性增大;喷雾锥角呈先上升后下降,最后稳定在82°左右的趋势。     

喷油泵转速变化对乳化液喷雾特性的影响

采用高速摄影技术,研究了压力雾化喷嘴对甲醇、水和柴油多组元乳化液的雾化特性.结果表明:当实验工质为乳化液时,提高喷油泵的转速,喷油器喷嘴的有效喷射压力随之上升,喷雾贯穿速度提高,喷雾锥角增大,喷雾的持续时间增长;乳化液和柴油的喷雾有一定的差异,即柴油的喷雾锥角比乳化液的大,喷油器的嘴端压力比乳化液的小,喷雾持续时间也比乳化液的短.     

喷射压力对生物柴油喷雾特性的影响

基于WAVE和KH-RT这2种液滴破碎模型分别对定容燃烧弹内生物柴油喷雾过程进行数值模拟,利用定容燃烧弹试验台架获取生物柴油喷雾过程,通过数值模拟的计算结果与试验参数对比确定最佳的液滴破碎模型。进一步研究喷油压力对生物柴油的喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)、速度场以及浓度场的影响并与柴油进行对比,结果表明:提高喷射压力,对2种燃料的喷雾贯穿距离都有较大影响,而对其喷雾锥角的影响均较小,但能大幅度降低SMD且均能提高燃料的喷射速度,更易于燃料的破碎蒸发。对比相同工况,生物柴油的破碎雾化效果较差。     

船用柴油机超高压共轨系统喷雾特性试验研究

利用自行设计的超高压共轨系统喷雾试验平台,开展了超高压共轨系统喷雾特性的试验研究.从油束形态、喷雾贯穿距以及喷雾锥角方面出发,系统定量地分析了喷油压力和喷油规律对船用柴油机喷雾特性的影响,为进一步改善船用柴油机性能提供了理论依据.结果表明:通过控制超高压共轨系统中电控增压器电磁阀和喷油器电磁阀的开启时间,可以实现变压力和变喷油速率喷射;随着喷油压力的升高,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐增大,但当喷油压力超过200 MPa后,其对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响越来越小;随着喷油规律由矩形变化到靴形,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐减小,且喷油压力为150 MPa的矩形喷油规律的喷雾贯穿距大于喷油压力为200 MPa的靴形喷油规律的喷雾贯穿距,这进一步表明了喷射初期的压力是决定喷雾贯穿距的最主要因素.