二甲醚喷雾碰壁数值模拟与试验研究

基于离散液滴模型（DDM）,结合柴油机实际工作情况,建立了喷雾碰壁的数学模型.将该模型与KIVA程序耦合,对多种形态的喷雾碰壁进行了模拟计算.在压力定容室内,利用高速摄影机对二甲醚（DME）和柴油进行了喷雾碰壁的试验研究.将模拟与试验结果进行了对比分析,并考察了碰壁角度、碰壁距离等对DME碰壁过程的影响.获得了DME喷雾碰壁特性的一般规律;在同样条件下,DME喷雾体的壁面扩展度和油膜厚度均比柴油小,说明DME比柴油蒸发速度快,雾化质量好.     

柴油机喷雾蒸发混合和燃烧的数值模拟

应用一个准维多区模型对柴油机喷雾的蒸发、混合和燃烧进行了数值模拟,提出了求解燃油蒸发过程的油滴直径瞬时变化的简单代数方程,考虑了碰壁对喷雾射流贯穿的影响。并对一台直喷式柴油机的燃烧过程进行了计算,计算结果与试验值符合较好。     

3维燃油喷雾碰壁数学模型

根据实际燃油喷雾碰壁的物理过程，基于单液滴碰壁后的性态特征，本文提出了在３维喷雾模拟框架下的一种新的喷雾碰壁数学模型，描述了碰壁液滴反弹、形成附壁射流、裂化以及油膜蒸发的现象。利用本文提出的数学模型对燃油垂直碰壁进行模拟计算，结果与高速阴影和纹影摄影图像比较吻合。     

直喷汽油机缸内喷雾湿壁问题研究

直喷汽油机的湿壁问题会导致机油稀释,燃油经济性下降及尾气排放增加。但通过喷雾、燃烧室及缸内流场三者合理匹配与优化可以大大减少燃油湿壁。利用激光诊断技术对某直喷喷油器的喷雾特性进行全面测试,然后标定三维CFD软件中的喷雾模型,对缸内喷雾和混合气形成过程进行仿真计算,并研究了燃油喷射策略对燃油湿壁的影响。研究结果表明:采用两段喷射策略可以降低15%的碰壁量,混合气均匀程度基本不变;采用三段喷射可以降低27%的碰壁量,并可明显改善混合气浓度分布。     

LPG碰壁喷雾的试验及数值模拟研究

基于离散液滴模型(DDM),并结合柴油机实际工作情况,建立了喷雾碰壁的数学模型.将该模型与KIVA程序耦合,对多种形态的喷雾碰壁进行了模拟计算.在压力定容室内,利用PIV高速摄影技术对液化石油气(LPG)和柴油的碰壁喷雾过程进行了试验研究.将模拟与试验结果进行了对比分析,并着重考察了碰壁角度对燃料碰壁过程的影响,获得了LPG喷雾碰壁特性的一般规律.与柴油相比,在同样条件下,LPG能在壁面上溅起较厚的液滴雾层,且溅起的液滴尺寸较小,在壁面上附着的油膜厚度较薄,说明LPG比柴油蒸发速度快,雾化质量好;随着碰壁喷雾倾斜角的增大,2种燃料在碰撞点壁面附近所产生的液滴数显著减少.     

柴油喷雾蒸发仿真中KH-RT模型的数值试验研究

在柴油喷雾蒸发混合过程仿真中,基于Box-Behnken design(BBD)方法对KH-RT模型参数进行数值试验研究。采用高速阴影法对定容弹内环境温度900K、密度15kg/m3、喷射压力120MPa条件下柴油喷雾蒸发混合过程进行记录。将喷束气液两相贯穿距的仿真计算结果与试验数据对比。根据相对误差,采用响应曲面法分析Kelvin-HelmholtzRayleighTaylor(KH-RT)模型的各参数在柴油喷雾蒸发混合发展中的影响。结果表明破碎时间常数是主要影响因素。进一步得出优化的模型参数组合,经验证明其具有良好的预测性。     

高压液氨喷雾燃烧的数值模拟和试验验证

以液氨喷雾混合气形成和燃烧过程为对象进行数值模拟和试验验证。根据试验获得的气液相贯穿距数据对三维模型进行参数标定。结果表明：建立的喷雾模型可以在高温高压环境条件下准确预测液氨喷雾的贯穿发展过程;在喷雾混合气形成过程中液氨气化吸热导致喷雾中心区域降温效果明显,降温高达100 K;氨较高的汽化潜热使之较难蒸发,喷雾边缘处氨的质量分数多在0.1上下。利用特征时间燃烧模型对液氨喷雾燃烧过程进行初步计算,可以较好地模拟整个燃烧过程。     

直喷内燃机高压喷雾碰壁模型的开发

基于低压和高压喷雾碰壁后液滴运动形态的差异,分析了现有喷雾碰壁模型在模拟高压喷雾时的不足,提出了针对高压喷雾碰壁模拟的数值模型.该模型基于柴油喷雾碰壁的试验数据,并引入了壁面射流理论来估计靠近壁面的气相速度.针对高压喷雾碰壁后壁面喷雾的运动特点,增加了液滴升力的计算.通过与柴油喷雾碰壁试验进行对比,结果表明:新模型对高压喷雾碰壁液滴运动轨迹的计算更准确,并成功地再现了壁面喷雾前端的涡旋.此外,新模型的网格依赖性也被极大地降低.与传统喷雾碰壁模型相比,新模型更适合直喷发动机中的喷雾碰壁模拟,具有很强的工程实用价值.     

直喷式柴油机喷雾碰壁燃烧过程的计算机模拟

本文以实验和计算机模拟的结果为基础,略去壁面区域复杂的传热、传质及蒸发等物理过程,在汽态喷雾的假设下,建立了以模拟直喷式柴油机喷雾碰壁燃烧过程的燃烧率、NO形成过程为目的数学模型.通过计算结果与实验的比较证明,在汽态假设下,合适的构造子模型可以对该燃烧过程做出模拟.     

伞状喷雾及HL喷雾在柴油机均质预混合燃烧中的应用研究

针对柴油机均质预混合燃烧的混合气形成提出满足喷雾碰壁少，雾化好等要求的早期喷射缸内预混合方式，并对喷雾状态、性质及其预混合燃烧做了深入探讨。对HL喷雾与多孔喷雾做了比较研究。试验证明，HL喷雾具备双工作模式的能力。     

伞喷油雾与热多孔介质相互作用的数值模拟

为深入认识多孔介质发动机中均匀混合气的形成，用改进的KIVA-3V详细模拟了伞喷油雾与热多孔介质之间的相互作用．在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型．为检测数值模型的合理性，在Senda等人的实验条件下进行了数值计算．油束碰壁后油滴和油蒸气分布的数值计算结果与实验结果吻合较好．在简化多孔介质结构的基础上和不同的环境压力及喷雾锥角时，模拟了伞喷油雾与热多孔介质的碰撞过程．计算结果表明，伞喷油雾的喷雾锥角及空间压力对油滴在多孔介质中的分布有着很大的影响，在多孔介质厚度一定时，通过调节这些参数，能够形成均匀混合气．     

Numerical investigation of the effects of fuel spray type on the interaction of fuel spray and hot porous medium

The interaction between two types of fuel spray and a hot porous medium is studied numerically by using an improved version of KIVA-3V code. The improved KIVA-3V code is incorporated with an impingement model, a heat transfer model and a linearized instability sheet atomization (LISA) model to model the hollow cone spray. An evaporating fuel spray impingement on a hot plane surface was simulated under conditions of experiments performed by Senda to validate the reasonability of the KIVA-3V code. The numerical results conform well with experimental data for spray radius in the liquid and the vapor phases. Computational results on the interaction of two types of the fuel spray and the hot porous medium show that the fuel spray can be split, which provides conditions for quick evaporation of fuel droplets and mixing of fuel vapor with air. The possibility of fuel droplets from hollow cone spray crossing the porous medium reduces compared with that from solid cone spray, with the same initial kinetic energy of fuel droplets in both injection types. __________ Translated from Journal of Engineering Thermophysics, 2007, 28(2): 354–356 [译自: 工程热物理学报]     

喷雾过程的相干影象法研究

本文采用相干影象测粒法对喷雾诸过程进行了实验研究。文中简述了相干影象测粒法记录光路的特点和测量原理。本文用这种测雾技术检测了实际喷雾场的液滴尺寸和分布,对喷雾液滴与固体壁面的碰撞过程进行了直观显示与研究。最后利用双脉冲激光技术检测了喷雾液滴的速度场。这是一种结果直观,使用极其方便的测速方法。     

车用直喷式柴油机喷嘴参数对排放影响的研究

本文详细的介绍了喷嘴的结构参数对降低直喷式柴油机的排放水平所起的作用和影响。在燃烧室形状不变的情况下，研究如何合理匹配直喷式柴油机喷嘴的各种结构参数。本文还提出了通过喷注在燃烧室壁面上的落点位置来分析喷嘴空间角度参数对燃烧室与喷嘴匹配性能影响的方法。     

Numerical investigation of the effects of fuel spray type on the interaction of fuel spray and hot porous medium

The interaction between two types of fuel spray and a hot porous medium is studied numerically by using an improved version of KIVA-3V code. The improved KIVA-3V code is incorporated with an impingement model, a heat transfer model and a linearized instability sheet atomization (LISA) model to model the hollow cone spray. An evaporating fuel spray impingement on a hot plane surface was simulated under conditions of experiments performed by Senda to validate the reasonability of the KIVA-3V code. The numerical results conform well with experimental data for spray radius in the liquid and the vapor phases. Computational results on the interaction of two types of the fuel spray and the hot porous medium show that the fuel spray can be split, which provides conditions for quick evaporation of fuel droplets and mixing of fuel vapor with air. The possibility of fuel droplets from hollow cone spray crossing the porous medium reduces compared with that from solid cone spray, with the same initial kinetic energy of fuel droplets in both injection types.     

直喷式柴油机缸内涡流场中燃油喷雾的发展及其壁面限制作用的研究

本文提出了一个描述涡流场中油束喷雾发展过程的准维模型，在计算油束的偏转时，考虑了质量与动量的不均匀性，由计算中还可以得到油束着壁时的落点位置和入射角，模型计算和实验结果吻合较好，此外，在本实验数据的基础上拟合出一个描述油束前锋中心在涡流中偏转轨迹的经验公式。     

多片撞壁喷雾的空间分布特性研究

对四孔油嘴与多片导向套配合的碰撞喷雾进行了可视化试验研究,分析了背压及碰撞角对喷雾空间分布特性的影响.结果表明:与自由喷雾相比,多片撞壁喷雾的喷注液核区明显减小,扩散度显著提高;全碰方案较半碰方案具有更大的喷雾扩散范围;贯穿距随碰撞角的增大加而减小,扩散角和扩散范围随碰撞角的增大而增加.     

柴油机高压喷雾雾场的温度测量

喷雾场的温度对燃油的蒸发，混合气的形成，着火以及火焰传播有着决定性影响。在进行数学模拟时，雾场温度是很重要但很难测量的参数，迄今尚少有直接测量结果的报道。本文用薄膜式热电偶测量了柴油机高压喷雾雾场内的温度随时间的变化。热电偶经氩离子脉冲激光器标定，其时间常数约为６０‘μｓ。燃油喷射压力为１０２ＭＰａ～１３４ＭＰａ。测量结果表明，在本实验条件下，雾场内的温度与环境气体温度相差只有８Ｋ～３０Ｋ左右，比预计值要小很多。而且，环境温度较高时，雾场内外温度差减小。这可能是由于热管效应的作用。喷油压力对雾场内外温差没有明显影响，雾场外围处比雾场中心处与环境的温差要小。近喷嘴处的温度测量值随时间单调下降，且与环境温度相差较大，表明此处燃油沉积作用比较明显。     

空心喷雾油滴碰撞热多孔介质的数值研究

为加深对多孔介质发动机中均匀混合气形成的了解,用改进的KIVA-3V详细模拟了空心喷雾油滴碰撞热多孔介质的过程。在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型及空心喷雾的线性不稳定性液膜破碎(LISA)模型。油滴与热壁的碰撞模型和传热模型经检验证明了其合理性。在简化多孔介质结构的基础上,在不同的环境压力及喷雾锥角下,模拟了空心喷雾与热多孔介质的相互作用。计算结果表明:油雾在碰撞到热多孔介质后,发生分裂的油束和多孔介质区域的高温,促使油滴实现快速蒸发并为油蒸汽与空气充分混合创造了前提。不同的空间压力及喷雾锥角直接影响到油滴在多孔介质中的分布。