应用激光诱导荧光法研究超高压喷雾气液相浓度场分布特性

应用复合激光诱导荧光技术在光学发动机上测量了燃油喷雾气液两相荧光图像,提出分析浓度场分布的无量纲参数,最终获得喷雾气液相浓度场相对分布。实验采用电机倒拖的光学发动机,燃烧室采用ω形BUMP燃烧室,应用自行设计的脉冲压力放大供油系统,实现了最高喷油压力达240MPa的超高压喷射。通过研究发现,随着喷油压力提高可有效加速喷雾气相生成、促进喷雾气相的均匀分布。这种效果在有较强挤流作用和存在BUMP燃烧室限流沿剥离作用下更为明显,此时喷雾气相相对浓度随着喷油压力从160MPa提高到240MPa而下降62．5％。     

利用复合激光诱导荧光法对气相柴油喷雾温度场和浓度场的定量标定

根据复合激光诱导荧光技术(PLIEF)中Lambert-Beer定律的气相荧光强度与环境温度和压力的依赖关系以及能量守恒基本原理,结合使用复合激光诱导荧光技术拍摄得到的气相喷雾荧光图像,对气相柴油喷雾温度场进行定量标定时考虑了空气卷吸率和油滴蒸发率对喷雾温度场的影响;利用Matlab软件编写了标定喷雾温度场和浓度场的迭代计算程序.研究发现,利用本标定方法,可以通过复合激光诱导荧光技术同时完成气相柴油喷雾温度场和浓度场的定量标定,标定得到的气相喷雾温度场和浓度场强烈相关.     

用激光诱导荧光法测量GDI发动机缸内混合气分布

讨论了用激光诱导荧光法测量发动机缸内混合气浓度分布时的主要技术问题以及示踪剂特性,对比并改进了定量标定中分步求解标定系数的方法,改进后的标定计算方法没有忽略沿程吸收衰减的步骤.建立了基于光学发动机的缸内平面激光诱导荧光法测试平台,定量研究了直喷汽油机在不同喷射策略下的混合气分布.测试结果表明:对于稀燃策略,在进气冲程的早喷形成难以点燃的低浓度均匀场,同样油量在压缩冲程单次喷射会在缸内形成燃空当量比2以上的过浓区域,而两阶段喷射形成的混合气不仅较为均匀,且在火花塞附近形成了燃空当量比1.2左右的浓区,有利于稳定点火和燃烧.对火花塞附近区域的统计结果表明:火花塞附近处于最适合点火燃空比范围的混合气变动量总体小于10%.     

一种测量柴油喷雾SMD分布的新方法：荧光／散射光图象处理法

本文介绍了一种测量柴油喷雾２维索特平均直径（ＳＭＤ）空间分布的新方法。这种方法基于喷雾的荧光及米氏散射原理。本文的主要发现是：当普通商用柴油被波长为５３２ｎｍ的绿色Ｎｄ：ＹＡＧ激光诱导时，能发出波长为５７０ｎｍ的荧光，因此试验时所用的柴油不必添加任何物质，柴油的理化特性不会改变。喷雾的荧光和散射光图象透过不同的滤光片被ＣＣＤ摄像头接收，通过计算图象中各点两种光的强度对比，就能求得油滴直径的分布。本文介绍了试验结果并进行了分析。     

激光诱导荧光法研究柴油机新概念燃烧中的喷雾混合过程

建立了一套基于激光诱导荧光法的光学试验装置，用高压共轨式电控喷射器喷射燃油，其喷射压力达120MPa。此喷射器能在微机控制下实现预喷射和分段喷射。定容燃烧弹预先充上气体，其主要成分是氮气，还有一部分是乙炔和氧的混合气。在燃油喷射之前，点燃乙炔和氧的混合气，使燃烧室内的压力上升至6MPa，温度上升至1000K。试验结果与前期的气体射流模型结果吻合，在燃烧室壁面设置限流沿后，所产生的二次射流可以形成稀薄的混合气区。因此，使用限流沿的新概念混合气形成过程有望用于降低柴油机的碳烟和NOx排放。     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。     

用激光诱导荧光法（LIF）研究燃油喷雾的撞壁混合过程（1）：测试原…

本文介绍了一种利用柴油自身的荧光特性测量柴油喷雾浓度的新方法，和以往的方法相比，具有测量精度高而设备成本低的特点，通过对平面撞壁过程的研究，发现喷雾着避之后，壁喷区的燃油浓度开始急剧耗散，在壁喷区的外围，出现壁喷漩涡现象。     

利用PLIEF技术对重型柴油机类似环境条件下着火时刻柴油喷雾结构和浓度场的定量研究

利用复合激光诱导荧光技术在定容燃烧弹内定量研究了环境温度、环境密度、氧体积分数等对重型柴油机相似环境条件下着火时刻柴油喷雾结构和浓度场的影响.实验中,环境密度为20～ 60 kg/m3,氧体积分数为l 5％～21％.研究发现,重型柴油机相似环境条件下着火时刻柴油喷雾液核区同时存在当量比相对较高的气相喷雾;喷雾充分发展后...     

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对喷雾特性研究的应用Ⅰ:燃油喷雾当量比定量标定方法

应用复合激光诱导荧光技术建立了定容燃烧弹中荧光强度和喷雾浓度间关系的定量标定方法,获得柴油喷雾气相、液相浓度量化数值,并针对影响定量标定的各种环境因素开展了深入的量化研究。试验中分析了荧光强度和气相喷雾浓度间的系数(Kvapor)随环境条件改变时的变化情况并发现:系数Kvapor随环境压力升高而降低;环境气体成分的变化对系数Kvapor并没有明显影响;环境温度升高使得系数Kvapor呈现先上升后下降的趋势,600K左右是拐点位置,600K以前随温度升高而升高,600K以后随温度升高而快速下降。最终,根据试验结果建立了系数Kvapor随环境温度和环境压力变化的三维Map图,并应用其获得喷雾气相当量比浓度数值和液相浓度数值的定量结果。     

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对喷雾特性研究的应用Ⅱ:喷射参数和环境参数对喷雾特性的定量分析

在改变喷射控制参数和环境参数的喷雾特性研究中,应用定量标定的试验结果深入开展了喷油压力、喷孔孔径、环境密度和环境温度对喷雾各个特性参数影响的研究。研究中发现,提高喷射压力能提高喷雾动能,加速液相喷雾的破碎、促进液相蒸发形成气相喷雾,提高贯穿速率,有利于喷雾的扩散和蒸发。小孔径的喷油嘴,虽然能够减少贯穿距离,但也同时减弱了喷雾和空气的混合空间范围;由于小孔径促进了喷雾的破碎和蒸发,气相喷雾分布均匀程度明显提高。环境密度高的条件下明显减小了喷雾的贯穿距离,这样虽然导致喷雾的扩散速率降低,但由于单位体积内气体量的大幅增加,加快了环境气体和喷雾之间的互相作用,更容易形成气相。环境温度对喷雾的蒸发速率起关键作用,液相喷雾贯穿距离随温度升高而减小,同时,气相最大当量比出现时间提前,这些说明环境温度升高,加速了环境气体和喷雾间的热交换,提高了喷雾的蒸发速率,最终促进气相快速形成。     

利用PLIEF技术研究超高压燃油喷雾雾化和混合过程

采用复合激光诱导荧光(PLIEF)技术,对燃烧室内自由发展阶段超高压喷雾的贯穿距离、锥角及气液相浓度分布情况进行了研究.实验中喷油压力从160 MPa升高到220 MPa,环境气体密度由3.7 kg/m3变化到7.4 kg/m3.研究发现,随着喷油压力升高,气相喷雾不均匀度在喷油定时T=42°CA RTDC时减小了36.7%,而在喷油定时T=-6°CA BTDC时仅减小28.4%.同时,气、液相喷雾锥角显著增大,贯穿距离小幅度减小.根据实验数据,提出了一个喷雾贯穿距离修正公式.研究还发现,当L/d0≥90时,喷雾已得到充分发展,比传统压力研究结果小很多.     

利用PLIEF技术对重型柴油机类似环境条件下柴油喷雾特性和浓度场的定量研究

利用复合激光诱导荧光技术在定容弹内定量研究了环境温度、环境密度、氧浓度等对重型柴油机类似环境条件下柴油喷雾特性和浓度场的影响。试验中,环境密度为20～100kg/m3,氧浓度为15%～21%,喷油压力为100～220MPa。研究发现,提高环境密度,最大液核长度显著缩短;减小喷孔直径,液核最大长度呈线性下降。降低环境温度或提高喷油压力可以弥补减小喷孔直径或提高环境密度对贯穿距离的影响。在增加充分发展期气相喷雾稀混区燃油比例方面,减小喷孔直径、降低环境温度、提高环境密度和提高喷油压力具有相互替代性。     

壁面温度对喷射油膜附壁厚度的影响

研究了喷射油膜厚度随壁面温度的变化规律.设计了PID闭环加热平板,以及二维可调节移动平台,使用激光诱导荧光法(LIF)定量测量了在垂直情况下,喷射燃油到平板上形成的附壁油膜厚度随温度变化的规律,并通过高速CCD摄像机拍摄照片进行比较.研究结果表明:随着壁面温度从26℃增加到120℃,附壁油膜的厚度减小,油膜最厚处的厚度从80μm下降到35μm,同时油膜覆盖面积从5.66cm2减小到1.55cm2;试验还测量了油膜厚度与油膜形成时间之间的关系,得出在喷油结束40ms时,油膜厚度达到最大值.     

激光CT技术测量柴油机喷雾的研究

本应用激光技术对柴油机喷雾进行了研究。研制、开发了一套柴油机喷雾的激光ＣＴ测试系统，其中采用红宝石激光器作光源、ＣＣＤ摄像机作探测器，将柴油机喷雾图像实时采集到计算机图像处理系统上。根据采集的喷雾投影数据，用代数重建技术（ＡＲＴ）对喷雾图像进行重建，实现了柴油机喷雾内部构造的可视化和相对浓度的三维测量。     

采用激光诱导荧光法测量油膜厚度的研究

激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence,LIF)技术是一种先进的测量微米级油膜厚度的方法,可用于研究燃油附壁现象.通过标定试验,找到了把荧光信号转化为油膜厚度的方法,同时还分析了背景光以及激光脉冲照射对标定试验的影响.另外,为了保证喷油器、激光器以及示波器的同步工作,设计了一个控制器.在此基础上对石英平板上的油膜厚度进行了测量,得到了油膜厚度在空间与时间上的分布曲线,验证了采用激光诱导荧光法测量油膜厚度的可行性和有效性.     

用激光诱导炽光法定量测量火焰中的碳烟浓度

激光诱导炽光法作为一种非接触激光诊断技术,可以用来测量火焰中的二维碳烟体积分数分布,具有高的时间和空间分辨率.对于定量碳烟体积分数测试,需要对LII信号进行校准,来获得绝对的二维碳烟体积分数分布.近年来一种基于双色测温原理的校准方法由于具有实现简单、测试精度高、可以在线进行标定等特点得到推广和使用.搭建了一套LII二维测试系统,获得了乙烯扩散火焰的碳烟体积分数分布二维图像.根据双色测温原理采用校准系统,对二维碳烟分布图像进行标定,获得绝对碳烟体积分数.结果显示,乙烯火焰中的碳烟最浓区分布在火焰的外侧,碳烟体积分数随火焰高度增加而增大,达到最大值后碳烟体积分数在氧化作用下开始逐渐降低,直至完全消失.研究结果验证了此套LII测试系统的有效性,可以用来进行碳烟体积分数定量测试.