高温高背压环境下柴油宏观喷雾特性试验研究
发布时间：2021-07-24 08:25
柴油机在燃油经济性和利用率方面的显著优势有助于减轻我国交通运输业的能源负担,但国六排放法规的正式实施对柴油机排放性能提出了更高的要求。已有的燃烧路径控制理论表明传统柴油机中燃油喷射后的破碎雾化及混合气形成直接决定了后续的燃烧路径方向以及污染物的生成浓度,因此控制和优化燃油喷射过程以形成良好的喷雾特性是改善燃烧、降低排放的关键因素。目前针对柴油燃料的多数喷雾研究都集中于常温常压或常温高背压的冷态喷雾,这与柴油机产生喷雾时高温高背压的实际条件略有不同,因此本文开发了以定容燃烧弹为核心装置,以高速摄影技术为测试手段的喷雾试验平台,通过预燃可燃混合气的方式建立高温高背压环境,对不同喷射压力和不同环境背压下的宏观喷雾特性进行了试验研究,主要内容如下:第一,利用开发的试验平台先后对不同初始温度（358,388,418 K）、燃料种类（乙醇、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、丁酮）、当量比（0.71.4）及初始压力（1,3,4,5 bar）条件下预混可燃气的温度压力特性进行了试验研究,对比分析压力峰值、燃烧持续时间和绝热火焰温度的变化规律,逐步选出相对最佳预燃条件。第二,利用高速相机对不同...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油机喷雾燃烧路径[8]
浙江大学硕士学位论文绪论4像显示出更粗糙的表面，更高的透明度，更倾斜的角度以及更早的前边缘破碎，推测这是由前一次喷射留下的喷嘴内空气引起的。此外，在实验和数值结果中都捕获了伞状前缘后面的液体射流的颈缩。文华等人[18]采用高速可控闪光摄影技术研究了柴油机喷嘴内残余气泡对燃油初期雾化和后续排放的影响。试验发现喷射初期柴油喷雾存在传统“蘑菇”型和前端带有细长液丝的“蘑菇”型两种结构，如图1.2所示，王崇明等人[19]对汽油-柴油混合物喷雾特性的研究中也发现了类似现象。研究结果表明喷孔内残余气泡的初始位置具有随机性，传统“蘑菇”型喷雾发生的概率远大于带细长液丝的喷雾形态，只有当残余气泡处于喷孔前端位置时，近场喷雾才会出现后一形态。(a)传统“蘑菇”型(b)带液丝的喷雾形态图1.2喷射初期喷孔近场喷雾形态[18]徐宏明团队[20-22]利用超高速(1000000fps)成像试验方法研究了变化条件下柴油喷射初始阶段的时间变化并进行了动力学分析。在喷射过程的初始阶段观察到加速现象，提取喷雾前端峰值速度的对应时间（tp）并与Hiroyasu模型中的喷雾初次破碎时间（tb）进行比较，结果发现tp是在喷射过程中区分两个喷雾阶段的自然而有效的方法。
浙江大学硕士学位论文绪论61.3.1直接可视化对于燃料喷雾的宏观特性测量，最常用的光学测量技术就是直接可视化方法。利用连续记录下的数字成像可视化技术，可以得到喷雾几何形态、喷雾锥角、贯穿距、喷雾壁面撞击和燃烧火焰形态等宏观参数，充分揭示燃料喷射雾化和扩散燃烧的发展过程。直接可视化的典型实验设置如图1.3所示，使用高温高压定容容器作为燃烧室以模拟发动机中的实际燃料喷射雾化和燃烧过程，并利用高速数码相机进行数据采集，以获得具有较高时间分辨率的燃料喷射和燃烧图像。图1.3直接可视化测试系统示意图[31]1.3.2激光诊断技术激光具有较高的能量密度和良好的相干性，当激光作为激发源穿过被测流场时，会同被测流场内的物质发生物理化学变化，并产生相应的信号。利用激光的这一特性，研究者可以通过采集并分析相应信号来测量被测流场内物质的各项理化特性[32]。近年来，在喷雾特性测量研究上应用较多的主要有粒子图像测速（ParticleImageVelocimetry，PIV）技术、激光诱导荧光（Laser-inducedFluorescence，LIF）技术和相位多普勒粒子测速（PhaseDopplerParticleAnemometer，PDPA）技术。1.3.2.1PIV技术PIV是一种可获得瞬时全域速度的测量技术，主要通过测量固定时间间隔内被测流体
【参考文献】：
期刊论文
[1]油气秩序重构 行业整体回暖——2018年国内外油气行业发展概述与2019年展望[J]. 刘朝全,姜学峰. 国际石油经济. 2019(01)
[2]残余气泡对柴油射流初期破碎的影响[J]. 文华,万超辉,姜光军,魏明锐. 内燃机学报. 2018(02)
[3]基于行业视角的中国石油消费因素分解分析[J]. 刘固望,王安建,王高尚,闫强. 中国矿业. 2016(01)
[4]直喷汽油机中乙醇汽油宏观喷雾特性的试验研究[J]. 刘俊杰,吴志军,范钱旺,石堃. 汽车工程. 2011(10)
[5]高密度-低温柴油机燃烧理论与技术的研究与进展[J]. 苏万华. 内燃机学报. 2008(S1)
博士论文
[1]车用柴油机性能的共性规律研究及瞬态工况测评[D]. 夏言.湖南大学 2016
硕士论文
[1]柴油/正戊醇混合燃料气液相喷雾特性试验研究[D]. 贾超杰.广西大学 2018
[2]戊醇/柴油混合燃料宏观和微观喷雾特性的试验研究[D]. 刘畅.广西大学 2017
[3]定容燃烧弹及其数据采集和控制系统的设计[D]. 周旋.浙江大学 2017
[4]柴油机喷油器喷孔内空穴流动的可视化试验研究与数值模拟分析[D]. 马志炎.浙江大学 2013
本文编号：3300303
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油机喷雾燃烧路径[8]
浙江大学硕士学位论文绪论4像显示出更粗糙的表面，更高的透明度，更倾斜的角度以及更早的前边缘破碎，推测这是由前一次喷射留下的喷嘴内空气引起的。此外，在实验和数值结果中都捕获了伞状前缘后面的液体射流的颈缩。文华等人[18]采用高速可控闪光摄影技术研究了柴油机喷嘴内残余气泡对燃油初期雾化和后续排放的影响。试验发现喷射初期柴油喷雾存在传统“蘑菇”型和前端带有细长液丝的“蘑菇”型两种结构，如图1.2所示，王崇明等人[19]对汽油-柴油混合物喷雾特性的研究中也发现了类似现象。研究结果表明喷孔内残余气泡的初始位置具有随机性，传统“蘑菇”型喷雾发生的概率远大于带细长液丝的喷雾形态，只有当残余气泡处于喷孔前端位置时，近场喷雾才会出现后一形态。(a)传统“蘑菇”型(b)带液丝的喷雾形态图1.2喷射初期喷孔近场喷雾形态[18]徐宏明团队[20-22]利用超高速(1000000fps)成像试验方法研究了变化条件下柴油喷射初始阶段的时间变化并进行了动力学分析。在喷射过程的初始阶段观察到加速现象，提取喷雾前端峰值速度的对应时间（tp）并与Hiroyasu模型中的喷雾初次破碎时间（tb）进行比较，结果发现tp是在喷射过程中区分两个喷雾阶段的自然而有效的方法。
浙江大学硕士学位论文绪论61.3.1直接可视化对于燃料喷雾的宏观特性测量，最常用的光学测量技术就是直接可视化方法。利用连续记录下的数字成像可视化技术，可以得到喷雾几何形态、喷雾锥角、贯穿距、喷雾壁面撞击和燃烧火焰形态等宏观参数，充分揭示燃料喷射雾化和扩散燃烧的发展过程。直接可视化的典型实验设置如图1.3所示，使用高温高压定容容器作为燃烧室以模拟发动机中的实际燃料喷射雾化和燃烧过程，并利用高速数码相机进行数据采集，以获得具有较高时间分辨率的燃料喷射和燃烧图像。图1.3直接可视化测试系统示意图[31]1.3.2激光诊断技术激光具有较高的能量密度和良好的相干性，当激光作为激发源穿过被测流场时，会同被测流场内的物质发生物理化学变化，并产生相应的信号。利用激光的这一特性，研究者可以通过采集并分析相应信号来测量被测流场内物质的各项理化特性[32]。近年来，在喷雾特性测量研究上应用较多的主要有粒子图像测速（ParticleImageVelocimetry，PIV）技术、激光诱导荧光（Laser-inducedFluorescence，LIF）技术和相位多普勒粒子测速（PhaseDopplerParticleAnemometer，PDPA）技术。1.3.2.1PIV技术PIV是一种可获得瞬时全域速度的测量技术，主要通过测量固定时间间隔内被测流体
【参考文献】：
期刊论文
[1]油气秩序重构 行业整体回暖——2018年国内外油气行业发展概述与2019年展望[J]. 刘朝全,姜学峰. 国际石油经济. 2019(01)
[2]残余气泡对柴油射流初期破碎的影响[J]. 文华,万超辉,姜光军,魏明锐. 内燃机学报. 2018(02)
[3]基于行业视角的中国石油消费因素分解分析[J]. 刘固望,王安建,王高尚,闫强. 中国矿业. 2016(01)
[4]直喷汽油机中乙醇汽油宏观喷雾特性的试验研究[J]. 刘俊杰,吴志军,范钱旺,石堃. 汽车工程. 2011(10)
[5]高密度-低温柴油机燃烧理论与技术的研究与进展[J]. 苏万华. 内燃机学报. 2008(S1)
博士论文
[1]车用柴油机性能的共性规律研究及瞬态工况测评[D]. 夏言.湖南大学 2016
硕士论文
[1]柴油/正戊醇混合燃料气液相喷雾特性试验研究[D]. 贾超杰.广西大学 2018
[2]戊醇/柴油混合燃料宏观和微观喷雾特性的试验研究[D]. 刘畅.广西大学 2017
[3]定容燃烧弹及其数据采集和控制系统的设计[D]. 周旋.浙江大学 2017
[4]柴油机喷油器喷孔内空穴流动的可视化试验研究与数值模拟分析[D]. 马志炎.浙江大学 2013
本文编号：3300303
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