柴油機燃油噴霧過程的模擬計算及實驗研究.pdf

1、燃油的噴射和霧化是影響柴油機燃燒和排放特性的關(guān)鍵因素。良好的霧化對實現(xiàn)柴油的高效低污染燃燒具有重要的意義。但由于柴油霧束的密度太大，迄今為止，人們?nèi)詿o法直觀地觀測柴油噴霧的破碎過程，所建立的數(shù)學模型均是建立在假設的基礎上，所以霧化模型的基礎并不扎實和可靠，這對于定量描述噴霧過程非常不利。
　　 本文通過對以往柴油噴霧試驗研究方法的分析，并結(jié)合近幾年光學技術(shù)的進展，提出采用X光相襯成像技術(shù)觀察柴油噴霧近場的研究方案，并申請和承擔了

2、國家自然科學基金項目“X射線相襯成像技術(shù)研究柴油機近場初級霧化機理”，課題的主要研究內(nèi)容為：采用X光相襯成像技術(shù)。觀測不同噴嘴幾何形狀和噴油壓力條件下，噴霧近場噴霧特性的變化，驗證以往的噴霧破碎機理。
　　 作為課題的一部分，作者參與了同步輻射X光相襯成像噴霧試驗系統(tǒng)的設計及調(diào)試工作，具體工作為：柴油電控噴射系統(tǒng)的調(diào)試，承壓達12MPa定容彈的設計、供油系統(tǒng)設計及調(diào)試。目前該套系統(tǒng)已可正常工作。為了驗證高壓供油系統(tǒng)、電控噴射系統(tǒng)

3、和定容彈系統(tǒng)的可靠性，已進行了靜態(tài)噴霧試驗。
　　 要研究不同噴嘴結(jié)構(gòu)對噴霧的影響，首先要確定噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)與設計結(jié)構(gòu)是否吻合，因此本文進行了噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化研究。目前常規(guī)測量技術(shù)無法測量噴孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，本文對近幾年發(fā)展起來的噴孔內(nèi)部尺寸測量技術(shù)進行了分析，采用上海光源(SSRF)的第三代同步輻射光源，拍攝了噴油嘴前端薄壁處的內(nèi)部圖像結(jié)構(gòu)，通過該圖像可清晰地觀測到包括壓力室在內(nèi)的噴孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可精確地測量噴孔的直徑及長度，為后續(xù)

4、的實驗研究奠定了基礎。
　　 本文采用CFD軟件Fluent對孔外的噴霧過程進行了模擬研究。采用歐拉-拉格朗日法和表面波模型模擬了孔外噴霧特性，通過數(shù)值計算，研究了噴霧貫穿距離、噴霧錐角、索特平均直徑(SMD)等參數(shù)隨背壓、人射壓力、長徑比變化的規(guī)律。模擬結(jié)果顯示：在入射壓力恒定的條件下，減小背壓，或在背壓恒定的條件下，減小入射壓力，以及增加噴孔長徑比，都能使噴霧貫穿距離減小，霧化質(zhì)量變差。此外，粗糙度對噴霧霧化也有一定影響，噴