柴油機(jī)噴霧場(chǎng)可視化研究及數(shù)值模擬.pdf

1、柴油機(jī)以其良好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，得到日益廣泛的應(yīng)用，面對(duì)日益嚴(yán)格的排放法規(guī)和能源危機(jī)，為實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的清潔高效燃燒，必須加深對(duì)其擴(kuò)散式的燃燒方式的理解，因?yàn)槿紵^(guò)程直接影響著柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性。而燃燒之前的燃油噴射、霧化、混合過(guò)程是影響柴油機(jī)燃燒過(guò)程最重要的因素。要獲得很高的燃-空混合速率和混合質(zhì)量，就必須對(duì)燃油霧化混合過(guò)程的特性、霧化機(jī)理和影響霧化的主要因素有清楚的認(rèn)識(shí)。 對(duì)于現(xiàn)代柴油機(jī)而言，不可避免的發(fā)生燃燒室內(nèi)

2、噴霧碰壁現(xiàn)象，燃油碰壁是影響燃燒效率和排放的批重要因素。許多設(shè)計(jì)者避免燃油撞壁的同時(shí)，也在利用撞擊過(guò)程來(lái)提高柴油與空氣的混合率，改善氣相燃油在燃燒室內(nèi)的分布，可以獲得良好的油氣混合，從而達(dá)到改善燃燒的作用。 本文以理論分析為基礎(chǔ)，采用可視化實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)噴射霧化過(guò)程和混合氣形成機(jī)理進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下： 首先組建了數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)，采用頻閃照相方法對(duì)噴霧場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，獲得噴霧場(chǎng)的宏觀發(fā)展特性，探求了用數(shù)

3、字圖像處理技術(shù)自動(dòng)進(jìn)行濃度場(chǎng)、噴霧錐角和貫穿度提取的方法。從圖像的拍攝到數(shù)據(jù)的獲取，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化在線實(shí)時(shí)測(cè)試。分別對(duì)無(wú)任何障礙的自由噴射霧化過(guò)程，受限狀態(tài)下燃油撞擊平壁、斜壁霧化過(guò)程和模擬燃燒室撞擊霧化過(guò)程進(jìn)行可視化試驗(yàn)和分析。研究表明，燃油在離開(kāi)噴孔后0.5ms以后就能達(dá)到壁面，在壁面上形成壁面射流，其油膜厚度在2.0mm左右。很容易形成壁面油氣堆積現(xiàn)象，不利于進(jìn)一步霧化。利用導(dǎo)向圓弧能有效地改善油氣混合情況，有效避免油氣堆積

4、現(xiàn)象，模擬試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)向弧高度和二次碰撞距離對(duì)二次射流影響很大，可以控制燃油在空間的分布，實(shí)現(xiàn)可控燃油混合的形成。 結(jié)合可視化試驗(yàn)結(jié)果，用STAR-CD商業(yè)軟件對(duì)直噴式柴油機(jī)噴霧過(guò)程、油氣混合過(guò)程進(jìn)行了模擬，研究了不同燃燒室內(nèi)燃油的發(fā)展變化過(guò)程、燃油濃度分布情況，燃油霧化對(duì)空氣的利用情況，形成混合氣的速度，空間分布等方面的內(nèi)容。發(fā)現(xiàn)收口形尖底凸臺(tái)燃燒室具有較好的混合氣質(zhì)量和燃燒性能，碳煙排放較好。燃油撞壁后在壁面附近形成油膜和