噴嘴孔數(shù)及其布置情況對汽油直噴噴嘴閃沸噴霧-環(huán)境氣體相互作用影響的研究.pdf

1、發(fā)動機缸內(nèi)混合氣形成的好壞直接影響發(fā)動機的燃燒效率及穩(wěn)定性，進而影響發(fā)動機的性能及燃油經(jīng)濟性。油氣混合過程就是燃油破碎成小液滴與周圍的環(huán)境氣進行混合。傳統(tǒng)液態(tài)噴霧的破碎主要是依靠液體本身的慣性力，粘性力，表面張力及空氣動力等力的作用而使液體破碎霧化。閃沸噴霧相比傳統(tǒng)的噴霧霧化速度快、能實現(xiàn)更小的粒徑，并且不需要很高的噴射壓力。其主要依靠由于燃油沸騰在液核內(nèi)部產(chǎn)生的大量氣泡的生長及爆破，促使燃油噴霧發(fā)生瞬間破碎，這種急速破碎方式對燃油與氣

2、體的混合有很大的促進作用。但是到目前為止，關(guān)于閃沸噴霧及環(huán)境流場之間的相互作用的研究尚未完善。
　　為了同時測量火花塞點火式缸內(nèi)直噴（SIDI）發(fā)動機噴霧和環(huán)境氣體兩相流場，將優(yōu)化后的高速雙色PIV(Particle Image Velocimetry)技術(shù)應(yīng)用于多孔直噴噴油器的噴霧和環(huán)境氣體速度的測試。此雙色PIV系統(tǒng)由一個特殊的示蹤和濾波系統(tǒng)組成，可同時對燃油噴霧及其環(huán)境氣體的速度場進行測量。
　　以市場廣泛應(yīng)用的多孔噴

3、油器為研究對象，在三個不同的噴射區(qū)域內(nèi)，即非閃沸區(qū)域、過渡閃沸區(qū)域及急劇閃沸區(qū)域，對燃油噴霧形態(tài)及氣液兩相流場進行了定量研究。對噴霧形態(tài)進行歸一化處理噴霧寬度，噴霧束之間的距離，噴霧坍塌區(qū)域的長度等。在非閃沸條件，燃油噴霧霧化強度較低，燃油與環(huán)境氣體之間的相對運動有限。在過渡閃沸區(qū)域燃油噴霧前端流場出現(xiàn)渦旋運動，渦旋直徑比較大，而且大部分速度分布在坍塌區(qū)域內(nèi)，前端速度明顯減小，加速燃油與空氣之間的混合過程。在閃沸工況，噴霧流場由于受到未

4、受擾核影響而速度開始增大，渦旋運動變強，渦旋直徑變小。并且隨著過熱度的提高環(huán)境氣體速度在卷吸區(qū)域、回流區(qū)域、外推區(qū)域內(nèi)都有所增長，兩相流場之間動能傳遞增大。但是，改變環(huán)境背壓獲得不同過熱度時，會改變氣體的密度，導(dǎo)致兩相流場動能傳遞減少。
　　為了解釋燃油噴霧相鄰油束對噴霧形態(tài)及氣液兩相流場的影響，選用6孔、3孔、2孔噴油器進行定量對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噴霧相鄰油束之間的干擾作用是導(dǎo)致燃油噴霧出現(xiàn)相連坍塌的主要原因。當(dāng)過熱度增大，三款

5、噴油器噴霧形態(tài)發(fā)生變化，氣體的卷吸速度也有明顯增大，6孔噴油器環(huán)境氣體卷吸速度最強，2孔噴油器環(huán)境氣體卷吸強度最弱，3孔噴油器環(huán)境氣體卷吸強度介于中間。不同孔數(shù)和布置的噴油器由于在冷態(tài)及閃沸條件下，由于油束間的干擾作用強度的不同，導(dǎo)致噴霧傳遞給環(huán)境氣體的動能不一樣。較強的油束間的干擾作用，加強了燃油噴霧與環(huán)境氣體之間的動量交換過程，進而增強了環(huán)境氣體的動能。
　　本次研究包含了發(fā)動機很大范圍之內(nèi)的經(jīng)典運行工況，采用6孔、3孔、2孔