缸内高压直喷柴油/天然气喷射混合过程分析

在天然气发动机中,天然气和柴油射流的喷射及混合过程对燃烧排放性能有重要影响。本文基于AVL FIRE软件,模拟了定容燃烧腔内高压天然气和柴油射流喷射过程,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角以及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况,研究结果表明喷孔高度,倾斜角,交角与喷雾贯穿距呈正比,柴油喷雾贯穿距是影响雾化质量的重要因素。喷孔相对位置中喷孔交角因素对射流的影响最大,对柴油喷雾的雾化效果提升明显。     

PODE3-5/柴油混合燃料高海拔喷雾特性研究

利用定容弹喷雾试验台,开展了柴油、PODE_3-5/柴油混合燃料(20%PODE_3-5+80%柴油)、PODE_3-5三种燃料喷雾特性试验,研究了不同海拔热力学边界条件下混合燃料喷雾浓度场分布,喷雾贯穿距和喷雾锥角以及喷雾体积、卷吸质量、轴向和径向当量比、索特平均直径的变化规律。结果表明：随着海拔的升高,混合燃料喷雾过程中韦伯数和奥内佐格数降低,抑制了燃料二次雾化破碎,环境压力对喷雾纵向发展影响较为明显,环境温度对喷雾横向发展更为明显。PODE_3-5燃料较低的蒸馏点和运动黏度促进了雾化发展,导致喷雾贯穿距和喷雾锥角同时降低,且降低幅度随PODE_3-5含量增加和海拔升高而增大。海拔5500m环境条件下,PODE_3-5/柴油混合燃料喷雾贯穿距和喷雾锥角比柴油分别减小9.2%和22.1%。     

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。     

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。     

生物柴油高压共轨喷雾特性的试验研究

应用高速摄影系统与高压共轨系统,在高压定容器内研究了生物柴油的喷雾特性,并与柴油进行了对比。结果表明,生物柴油油束形态比柴油细且长,喷雾贯穿距离比柴油大,喷雾锥角比柴油小;高的运动黏度与表面张力导致生物柴油雾化性能比柴油差。随着喷油压力的升高,生物柴油喷雾贯穿距离变长,喷雾锥角增大;随着背压的升高,生物柴油喷雾贯穿距离...     

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.     

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。     

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。     

喷孔直径对柴油射流雾化影响的实验研究

本文利用可视化高压定容弹,就常压环境下高速射流在破碎过程中的近场及远场的雾化特性随喷孔直径变化的规律进行实验研究。研究结果表明:对于远场喷雾来说,随着喷油压力和喷孔直径的增大,导致流动阻力的减小,从而导致贯穿加速度增大;而在近场区域,利用长焦显微技术拍摄的微观图像显示,随着喷雾的发展,液柱逐渐失稳,出现类似不稳定波的拟序结构;近场喷雾锥角随着喷孔直径的增大呈现增长的趋势,这是主要是因为长径比的减小导致流动阻力的减少,进而引起湍动能的增加,最终体现在法向湍流脉动速度的增加引起了锥角的增大。     

PODE/汽油双燃料RCCI大负荷扩展的试验研究

采用新型含氧燃料PODE作为缸内直喷燃料实现PODE/汽油双燃料RCCI燃烧,研究PODE在不同边界条件下对RCCI双燃料燃烧和排放的影响,结合进气门晚关策略进行了大负荷扩展的试验研究。结果表明:相对柴油燃料,PODE作为直喷燃料能够实现更低的烟度排放,同时有效地改善燃烧效率和热效率;降低λ可以有效抑制峰值燃烧速率,而PODE/汽油RCCI的烟度排放对λ不敏感,即便在λ1的富油条件下依然可以实现极低的烟度排放,但当量比附近区域会引起CO的恶化;进气门晚关可以降低缸内压力和峰值燃烧速率,但是过于推迟的进气门关闭时刻会导致进气量降低引起NO_x的升高;进气门晚关结合高增压实现当量燃烧可以将大负荷范围扩展至2.31 MPa IMEP,同时并未引起有效热效率的显著恶化。     

冷起动工况柴油/煤油燃料喷雾燃烧特性研究

本文利用流动式定容燃烧弹结合米散射法、直拍法对低温冷起动工况下柴油/煤油混合燃料喷雾燃烧特性进行可视化测量。结果表明:柴油/煤油混合燃料液相喷雾贯穿距离随着煤油掺混比、温度和密度的增加呈现减小趋势。液相喷雾锥角随着煤油掺混比和环境密度的增加分别呈现减小和增大的趋势,而对环境温度的变化不敏感。不同环境温度、密度下,混合燃料滞燃期、火焰浮起长度、蓝色火焰占总体火焰强度比例随着煤油掺混比的增加呈现先减小后增加的变化趋势。此外,环境温度和密度的增加均使得着火滞燃期显著缩短。     

超高压淹没射流破岩规律实验研究

 超高压水射流在石油工业中的应用主要是超高压射流联合机械破岩。对超高压淹没射流破岩规律的研究,其目的在于为超高压PDC钻头的研制提供依据。研究发现：影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而升高,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径,150 MPa时破岩效率最高,喷射角度在12.5°时破岩效果最好。     

冲击压力及加载速率对沟槽微射流的影响

通过二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,系统研究冲击压力及加载速率对沟槽微射流喷射量的影响.计算结果显示,微射流的喷射量随冲击压力的增大而增大,但喷射量对压力的变化并不敏感;计算结果和实验结果均表明,加载速率对沟槽微射流的喷射量有较大影响,随着加载速率的减小,微粒子喷射量大致按指数规律减少,所得数值计算结果得到实验验证.     

微秒脉冲大气压氦气等离子体射流阵列特性

为了深入研究等离子射流阵列的放电特性,利用上升沿1μs、脉宽2μs的微秒脉冲电源产生等离子体射流,通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄,研究了在针-环双电极结构下,不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端,随着外加电压幅值的增加,中心管也会有射流产生,最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远,放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20mm处取得最大值),随着重复脉冲频率的增大,放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变,放电电流先减小而后保持不变。     

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。     

喷孔长度和喷油体温度对乙醇柴油空化及近场喷雾的影响

利用高速摄像机和放大比例的单孔透明喷嘴搭建可视化试验台,研究喷孔长度和喷油体温度对喷孔内乙醇柴油空化流动特性和近场喷雾的影响,试验用喷嘴的孔径均为2 mm,孔长分别为4 mm、6 mm和8 mm,喷油体温度分别控制在303 K、333 K和363 K。试验发现,随着孔内燃油平均流速的增加,各喷孔的空化现象依次经历了无空化、空化初生、空化发展和超空化5个阶段,短喷孔内更易发生空化现象,且在相同的空化阶段短喷孔的孔内燃油平均流速小于长喷孔;此外在相同进出口压差下短喷孔对应的近场喷雾锥角要大于长喷孔喷雾锥角。喷油体温度也会影响喷孔内空化流动特性和近场喷雾形态,喷油体温度越高,空化现象越强烈,空化变化速率越大;当喷孔进出口压差相同时,喷油体温度在303 K、333 K和363 K所对应的近场喷雾锥角依次增大。最大近场喷雾锥角所需的喷射压力随喷油体温度的升高而减小。     

铝铜药型罩射流与侵彻数值模拟

为提高射流侵彻性能,根据聚能射流装置的射流形成特点,设计了爆炸复合铝铜金属体作为药型罩的聚能射流装置。此装置依据已有的锥角为42°的聚能装药紫铜药型罩改进而来。利用LS-DYNA软件中的MMALE多物质算法,对此装置的射流形成、侵彻金属靶体全过程进行数值模拟。在保持装药量不变的情况下,计算了当铝铜药型罩锥角分别为36°、38°、40°和42°时的射流形成及侵彻过程。结果表明:射流头部速度随着铝铜药型罩锥角的减小而增大;且锥角为38°时射流穿深最大。相比单纯金属铜药型罩情况,射流头部速度提高了13.2%,侵彻深度提高了14.5%。     

超音速蒸汽浸没射流尾部速度的实验研究

针对超音速汽流在20～60℃过冷水中浸没射流进行实验研究,得到射流尾部的速度分布规律。在进口压力为0.3 MPa和0.5 MPa时,随着环境水温的变化,速度分布基本不变。而对同一工况,随着轴向距离的增大,速度逐渐减小,并在径向趋于平缓;随着进口压力的降低,在相同的轴向位置,速度会相应减小,但速度剖面的形状基本一致。从速度分布图中可以看出各个断面流速分布显示出相似性质,轴线上流速最大,距轴越远流速越小。将这一速度分布与圆形紊动自由射流的速度分布进行比较,结果表明两者具有一定相似性。     

方柱微结构表面射流-流动沸腾强化换热

采用长×宽×厚为10 mm×10 mm×0.5 mm的硅片来模拟实际芯片散热,通过干腐蚀技术在其表面加工出宽×高分别为50μm×60μm,50μm×120μm的方柱微结构,实验研究了方柱微结构在射流冲击下的流动沸腾换热性能。过冷度为25℃和35℃,横流速度V_c为0.5,1.0,1.5 m/s,喷射速度V_j为0～2 m/s,冷却工质为FC-72。实验结果和同工况下的光滑表面作了对比。结果表明,方柱微结构由于换热面积的增加从而表现出优于光滑表面的强化换热性能,增加过冷度和提高V_c以及V_j都提高了芯片在高热流密度下的换热性能,但随着V_c的增加,射流冲击的强化作用减弱,低流动高喷射的强化效果最为明显。方柱肋片效率随着热流密度的增加而减小,随着V_c(V_j)增加,方柱肋片效率也逐渐下降,但降幅随着V_c的增加而减小。     

组分比例对闪沸射流相变诱导激波宽度的影响

闪沸射流发生欠膨胀并诱发激波间相互作用是汽油直喷喷油器的喷雾坍塌的主要原因,但液体组分比例对闪沸诱导激波的影响特性和机制尚不清楚。利用纹影法,在定容弹中研究了闪沸条件下乙醇/正己烷混合比例对激波宽度的影响,喷射温度(T_inj)从30℃到150℃,环境压力(P_amb)从10 kPa到200 kPa。结果表明,提升喷射温度和减小环境压力,均会增加激波宽度。在相同喷射温度和环境压力下,乙醇含量增加会导致激波宽度呈现先增后减趋势,其主要是因为相变吉布斯能差(?G)随乙醇含量增加呈现类似规律;通过进一步量化?G和激波宽度的关系,发现激波宽度和?G·P_amb^-0.5强线性相关,表明闪沸射流的激波宽度受到相变与环境阻力的控制。