蒸发性对燃油瞬态喷雾撞击壁面的动态传热影响

直喷发动机燃油喷雾撞击壁面形成油膜,导致燃烧效率降低,颗粒物排放增加。伴随撞壁的动态传热过程对油膜蒸发具有重要影响。本文针对正戊烷、甲醇、甲醇汽油混合燃料瞬态喷雾撞击壁面,研究了不同条件下蒸发性对燃油瞬态喷雾撞击壁面动态传热影响。结果表明,提高喷油温度可促进燃油雾化,增大喷油压力或降低喷油距离可提高液滴撞壁强度,缩短液膜存在时间。撞壁瞬态温度与热流密度动态变化特征受燃油蒸发性与喷雾条件联合影响。     

喷水温度对内燃兰金循环燃烧过程影响的试验研究

内燃兰金循环发动机采用氧气代替空气作为助燃剂,规避了氮排放物,可以以较低成本通过冷凝过程分离废气中的水蒸气和二氧化碳,随后对二氧化碳进行回收,实现了采用化石燃料的超低排放循环.本文利用自主开发的内燃兰金循环发动机试验台架对喷水温度对燃烧过程的影响进行了试验研究。研究结果表明,在燃烧过程中喷入循环水可控制燃烧速率,使最大爆发压力后移。相同的喷水脉宽及喷射压力下,高喷水温度时发动机的IMEP显著高于低温喷水工况,较高的喷水温度可增加上止点附近进入缸内的焓值,故可通过提高喷水温度增加IMEP,进而提高循环热效率。     

乙醇与汽油的喷雾及蒸发特性研究

随着汽车发动机的发展,缸内直喷汽油机(GDI)逐渐成为关注和研究的重点。液体燃料喷雾的结构和蒸发与直喷汽油机内燃烧的稳定性、发动机效率以及尾气排放有着密切联系。本文通过纹影测试技术对乙醇和汽油的直喷喷雾的雾化和蒸发进行测试,研究结果表明环境温度、环境压力和喷射压力对喷雾贯穿距有着显著的影响,而燃油温度在低于燃油沸点时对喷雾贯穿距影响很小。因此可以通过控制环境温度和压力,以及燃油的喷射压力和温度对喷雾贯穿距进行优化.     

三组元乳化液雾化特性的研究

采用Malvern粒度仪对柴油、甲醇和水三组元乳化液的雾化特性进行了研究。实验发现:对于压力雾化喷嘴来说,本文所涉及的乳化液由于粘度高于纯柴油,因此雾化效果比纯柴油差,而且喷射压力、乳化剂的粘度和乳化液的组份对乳化液的雾化特性具有显著的影响。随着喷射压力的升高,乳化液喷雾粒径将随之减小;若乳化液中柴油的含量(柴油不少于50％)降低,乳化液的雾化粒径将随之增加;若采用高粘度的乳化剂,相应乳化液喷雾的粒径也大。     

液滴撞击超亲水表面冷液膜的研究

液滴撞击过程因具有较强的传热传质性能被广泛应用于工业领域中。本文利用高速摄影机和红外热像仪,研究了液滴撞击超亲水表面冷液膜的水力学特性和温度分布,探讨了撞击We数和液膜温度对撞击过程中水力学特性以及液膜温度分布的影响.总结了液滴在超亲水表面的液膜上的水力学特征的变化规律。实验结果表明,液滴铺展速度和最大铺展直径随撞击We数的增大而增大。同时,液膜温度会影响液滴撞击薄液膜后的水力学特性.在低We数下液滴撞击低温薄液膜后液膜的温度呈高低相间的环状分布,随着撞击We的增大,该环状温度分布消失。这对要求精确喷雾控温的工业过程起到了十分重要的意义.     

喷射器流动结构和性能的数值模拟研究

本文利用Fluent软件对蒸汽喷射器进行数值模拟计算,从射流混合机理角度出发,分析比较了喷射器内工作流体压力、引射流体压力及混合流体出口压力等工作参数变化对喷射系数的影响以及喷射系数变化的原因。结果表明:对给定的喷射器存在一个最佳工作流体压力,在此压力下喷射器可以获得最大喷射系数;随着引射流体压力的增加和出口压力的降低,喷射器的喷射系数逐渐增加。     

基于喷雾波动性对贯穿距公式的再思考

贯穿距是描述喷雾特性最重要的参数之一,实现贯穿距的准确预测对燃烧系统优化以提高发动机性能、降低排放至关重要。目前已有的贯穿距公式中几乎都忽略了喷雾循环波动性。本研究通过不同喷射压力下的大量高压共轨柴油喷雾试验,发现喷雾循环波动性在喷射后期相当明显,对贯穿距的影响不能忽略。为了对贯穿距进行更合理、更准确表述及预测,本文提出通过引入波动性影响因子对贯穿距预测公式加以修正的方法,修正后的公式可以预测不同喷雾出现概率(presence probability)下的喷雾贯穿距。     

动力排气系统细水雾蒸发冷却试验研究

为了掌握设计的细水雾蒸发冷却器对发动机排气的喷雾降温性能,建立了喷雾降温试验台,用设计的屏蔽式气相测温装置和压力损失测量装置,准确测量了排气管内喷雾后的排气温度和压力损失。结果表明,细水雾蒸发冷却器向发动机排气内喷雾80 s,高温排气即可降至稳定温度,排气压力损失比喷雾前减小;雾化压力越大,喷雾流量越大,喷雾降温效果越好,压力损失越小;排气出口对应的液态水饱和温度可视为喷雾降温的极限温度。     

超高压燃油喷雾特性及诱导激波传播特性的试验研究

在现代柴油机的研究中,提高喷射压力对于改善射流雾化效果及燃烧性能具有重要意义。本文通过自主搭建的超高压燃油喷雾系统,对超高喷射压力条件下射流雾化宏观特性(喷雾贯穿距、喷雾锥角)进行研究。采用纹影系统和高速摄影仪相结合的实验系统,得到超高喷射压力条件下的喷雾图像,并在喷雾体前端捕捉到激波现象。本文主要研究在超高喷射压力下的激波传播特性,包括激波角、多重激波现象等。通过本实验研究,得到超高喷射压力下的激波传播特性,探索超高压对诱导激波的影响规律。     

喷雾撞壁后近壁区域火焰发展及碳烟生成研究

本文基于多尺度液滴撞壁形态提出了新的考虑了不同飞溅状态的撞壁模型。结合容弹实验研究了近壁区域喷雾撞壁后火焰发展过程,对影响近壁区燃烧过程及碳烟生成规律的边界温度进行了探讨。结果表明,环境温度和壁面温度对喷雾撞壁后的液膜沉积量以及后续的燃烧过程影响显著。碳烟产生峰值直接和壁面燃油沉积量呈正相关,而较高的近壁区域温度可加速燃油蒸发并减少燃油沉积量。燃油沉积量的不同,其火焰发展形式不同:当沉积燃油较少时,近壁混合气形成较快,从而维持了稳定的燃烧过程;而当沉积燃油较多时,近壁区域的燃烧呈现不稳定的池火过程。随着环境温度和壁温的增加,油膜燃烧时刻提前并形成可燃混合气,从而加速了碳烟的生成和氧化。     

基于废气管理的汽油机缸内温度不均匀分布对自燃着火的影响

基于废气-负荷控制策略的汽油机HCCI燃烧,利用排气门管理内部残余废气率,控制发动机负荷,进气门升程和相位调节缸内状态,控制着火和优化燃烧相位。本文利用KIVA对全可变气门机构单缸机进行CFD仿真,研究缸内温度、残余废气分布特征,以及温度、废气不均匀分布对着火的影响。结果表明,采用废气-负荷控制策略,改变进气门相位和升程可以调节缸内温度和残余废气的不均匀分布。随着内部残余废气率增大,进气门对缸内温度和废气率分布不均匀度的调控能力增强。大废气率条件下,温度和废气率不均匀度对着火时刻调节作用较明显,可以实现10°曲轴转角的有效调节;小废气率条件下,由于缸内温度和废气不均匀分布差别较小,其对于着火时刻的调节作用表现得不明显。     

VGT开度对汽/柴油双燃料发动机燃烧过程的影响

基于一台增压柴油发动机,在进气道增加汽油喷射系统,实现进气道预混喷射汽油,缸内直喷柴油压燃的燃烧模式,通过调节VGT(Variable Geometry Turbocharge)开度改变增压压力,对汽/柴油双燃料发动机的燃烧过程进行深入研究。研究结果表明:一定限度内VGT开度的提高使得增压压力变大,可以使缸内的充量密度变大,局部当量比下降,放热速率变缓,使缸内燃烧趋近于低温燃烧,且适当提高柴油喷射共轨压力,可以有效提高混合气的燃烧速率;增压压力主要影响第一次喷射的柴油燃烧;在1800 r/min_145 Nm的工况点,随着VGT开度的增大,样机氮氧化物和碳烟排放均降低,燃烧循环变动和泵气损失对油耗的影响呈现先降后升的趋势,在0.16 MPa左右达到最低。     

蒸汽喷射-压缩循环制冷系统的数值研究

将喷射器作为压缩机辅助升压装置引入单级蒸气压缩制冷系统,通过建立喷射器一维数学模型和蒸汽喷射-压缩循环制冷系统模型,研究了喷射器工作压力和引射压力、蒸发温度和冷凝温度对蒸汽喷射-压缩混合制冷循环系统性能的影响。结果表明:冷凝温度从25℃增加到43℃,蒸发温度Te=-20、-25和-30℃时,系统COP分别减小了32. 5%、42. 9%和56. 8%。当冷凝温度Tc=31、34℃时,蒸发温度从-35℃升高到-5℃,系统COP分别增加了32. 5%和28. 6%。     

一种降低端壁温度的离散气膜孔布置

本文利用端壁表面耦合传热温度分布作为设计依据,提出了一种可以降低端壁表面整体温度、强化前缘与压力面根部冷却效果的离散气膜孔布局。在主流温度T_∞=200℃和冷热气流质量流量比MFR=1.0%的工况下,实验比较了这种离散气膜孔布局与顺排布局对端壁冷却带来的影响,可以发现:1)二次流导致顺排气膜孔布局并不能获得均匀的端壁表面温度分布;2)在相同孔数下,对压力侧根部使用小径向角孔及孔加密,前缘吸力侧进行孔加密和使用对冲孔,以及其他区域均匀布孔,可以使端壁表面温度分布更加均匀、温降更大;3)较顺排布局而言,离散布局使得端壁吸力侧前缘和压力侧根部冷却效果分别提高了36.4%和32.7%,即使在最小温降区域,其冷却效果也提高了10%左右.     

油束撞击形成混合气及其燃烧过程的机理研究

本文介绍了用多次喷雾叠加摄影与激光粒子分析技术对燃油喷雾撞击前后的粒径、贯穿度以及喷雾锥角等因素变化所进行的观察和测量以及介绍了利用双像高速摄影技术对燃油束撞击雾化形成的混合气以及燃烧过程特点的研究。结果表明,燃油经撞击后可显著地增大油束扩散角、不同程度地影响了燃油束的贯穿度,但对燃油束撞击前后滴径变化的影响不大。混合气形成及其燃烧过程的高速摄影研究结果表明,燃油束撞击雾化对加快燃油与空气的混合并促进其火焰扩展起到重要作用。另外撞击反弹方向和喷油压力等也是影响混合气形成和燃烧的重要因素。     

汽油掺混丁烷的GDI喷雾特性研究

本文用纹影法研究了汽油掺混30%丁烷(体积比,B30)后在GDI孔式喷射下的喷雾特性,并对喷嘴附近的近场喷雾液相进行了高速摄影研究。丁烷的闪急沸腾对燃油的喷雾特性影响较大,B30在0.1 MPa背压下的喷雾与汽油喷雾相比,贯穿距减小、锥角增大、喷雾投影面积增大;0.5 MPa下无明显差别。近场拍摄喷雾开始和结束后的残余液滴图像表明B30的喷雾液滴状态改变明显。10.0 MPa喷射压力下近场区域内的破碎情况对燃料挥发性的敏感性下降。     

蒸汽喷射式制冷系统模型建立与仿真

对蒸汽喷射制冷工作过程中能量转化进行了深入分析,建立了制冷系统中的三个关键部件——喷射器、冷凝器及蒸发器的热力学模型.以此为基础,结合运行参数,采用Matlab软件,对喷射系数、蒸汽消耗量以及循环水耗量进行仿真计算.探讨了以喷射系数为评定标准时,工作蒸汽压力Pg、冷凝温度Tc、蒸发温度Te对系统性能的影响.分析结果表明...     

光滑表面与切槽表面喷雾冷却的实验研究

本文通过改变喷雾的流量(压力)、喷射高度和喷射倾斜角对平板和切槽表面喷雾冷却进行了实验研究。实验用的强化表面是将表面切割出0.2mm高、0.2 mm宽的方形翅块。实验结果表明:流量、喷射高度均存在最优值,大的喷射倾角会削弱冷却性能;对比同样条件下的平板表面,切槽表面显著强化了喷雾冷却的性能,对流换热系数提高约30%。     

可控热氛围下丙烷柴油混合燃料喷雾特性试验研究

利用可控热氛围燃烧系统提供的稳定均匀温度场,使用高速摄像机研究丙烷/柴油混合燃料的稳态喷雾特性。研究了不同混合比例、背景温度和喷射压力下混合燃料的喷雾发展过程和相关喷雾特性参数的变化规律。结果表明,相对于纯柴油燃料,丙烷/柴油混合燃料喷雾在形态上有明显差别,丙烷含量增加,喷雾的最大贯穿距离减小,喷雾锥角变大,少量的丙烷添加,变化就极为明显。背景温度对纯柴油和混合燃料的喷雾参数的影响趋势相同,最大贯穿距离和喷雾锥角随背景温度的升高而减小,其中丙烷/柴油混合燃料对背景温度的变化更为敏感。     

柴油燃料HCCI燃烧影响因素的试验研究

本文采用在进气上止点附近进行柴油喷射,利用缸内高温残余废气促进燃油蒸发形成均质混合气,实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI)。试验结果表明柴油燃料HCCI燃烧的放热规律呈现低温和高温放热两个阶段,并且NOx排放可以降低95%-98%。本文主要研究了影响HCCI燃烧的因素,指出负荷增大、进气温度增加和负气门重叠期的增加使HCCI着火提前,而外部EGR率的增大可以推迟着火。因此对于低温自燃性好的燃料,冷EGR是控制其HCCI着火燃烧过程的有效措施。