柴油機(jī)燃油噴霧過(guò)程的模擬計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、燃油的噴射和霧化是影響柴油機(jī)燃燒和排放特性的關(guān)鍵因素。良好的霧化對(duì)實(shí)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(wú)法直觀地觀測(cè)柴油噴霧的破碎過(guò)程，所建立的數(shù)學(xué)模型均是建立在假設(shè)的基礎(chǔ)上，所以霧化模型的基礎(chǔ)并不扎實(shí)和可靠，這對(duì)于定量描述噴霧過(guò)程非常不利。
　　 本文通過(guò)對(duì)以往柴油噴霧試驗(yàn)研究方法的分析，并結(jié)合近幾年光學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，提出采用X光相襯成像技術(shù)觀察柴油噴霧近場(chǎng)的研究方案，并申請(qǐng)和承擔(dān)了

2、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“X射線相襯成像技術(shù)研究柴油機(jī)近場(chǎng)初級(jí)霧化機(jī)理”，課題的主要研究?jī)?nèi)容為：采用X光相襯成像技術(shù)。觀測(cè)不同噴嘴幾何形狀和噴油壓力條件下，噴霧近場(chǎng)噴霧特性的變化，驗(yàn)證以往的噴霧破碎機(jī)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(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dá)12MPa定容彈的設(shè)計(jì)、供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試。目前該套系統(tǒng)已可正常工作。為了驗(yàn)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(jìn)行了靜態(tài)噴霧試驗(yàn)。
　　 要研究不同噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)噴霧的影響，首先要確定噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否吻合，因此本文進(jìn)行了噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化研究。目前常規(guī)測(cè)量技術(shù)無(wú)法測(cè)量噴孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，本文對(duì)近幾年發(fā)展起來(lái)的噴孔內(nèi)部尺寸測(cè)量技術(shù)進(jìn)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(guò)該圖像可清晰地觀測(cè)到包括壓力室在內(nèi)的噴孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可精確地測(cè)量噴孔的直徑及長(zhǎng)度，為后續(xù)

4、的實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 本文采用CFD軟件Fluent對(duì)孔外的噴霧過(guò)程進(jìn)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(guò)數(shù)值計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)噴霧霧化也有一定影響，噴