基于漫反射原理的撞壁油膜特性方法研究

发布时间：2022-01-12 17:13

　　为了研究汽油缸内直喷（GDI）发动机喷雾撞壁油膜特性,基于漫反射原理设计并搭建了定容测试系统.基于Python的Opencv软件以及Matlab软件设计开发了图像处理程序,进行了油膜厚度测量的标定试验,实现了对油膜面积、油膜最大厚度、油膜平均厚度和燃油附壁率等特性参数的提取.应用该测量方法研究了不同撞壁距离对油膜特性的影响,结果表明:随着撞壁距离的增加,油膜厚度及燃油附壁率逐渐减小,油膜面积变化不大.其他条件不变,撞壁距离分别为30、40、50和60 mm时对应油膜最大厚度的最大值分别为37.2、30.9、25.8和19.0μm;油膜平均厚度的最大值分别为23.7、16.4、11.2和7.8μm;最大油膜质量分别为4.85、4.00、3.29和2.55 mg,对应的燃油附壁率分别为32.3%、26.7%、21.9%和17.0%.该测量方法对进一步研究和掌握GDI发动机撞壁油膜特性具有实际意义. 

【文章来源】：内燃机学报. 2020,38(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

试验原理示意

标定前、后对比

定容装置的整体框架是由铝型材框架搭建．顶部使用不锈钢板固定喷油器及进气管，一个侧面使用不锈钢板固定温度传感器，其他3个侧面使用防爆钢化玻璃，下方使用不锈钢板连接排气管．喷油器安装在顶部的正中心，设计了带有螺纹的喷油器安装座，可通过改变喷油器安装座螺纹的高度实现对喷油器高度的调节．笔者自行设计了一套高压供油系统，氮气通过调压阀充入到高压油腔，高压油腔内空气压力即为燃油压力，最高燃油压力可达13 MPa．为了研究空气温度对油膜特性的影响，订制了一台管道式空气加热器，利用加热器、热电偶和控制柜形成的闭环反馈，对定容装置内的空气温度进行实时监控，加热器出口温度最高为300℃．为了研究壁面温度对油膜特性的影响，设计了一套壁面温度调节装置，利用两根电加热棒对碰壁所用的金属板进行加热，加热棒的功率为150 W，最高温度为300℃，通过在金属板侧面打孔将其固定在金属板内；使用K型热电偶监测金属板的温度，热电偶通过螺纹固定在金属板内，正方形金属板的边长为100 mm．根据文献[17]和仿真计算得到的油膜厚度范围，选用了表面粗糙度Ra=80μm的铝板作为喷雾碰壁的壁面．使用了快速原型系统d SPACE作为控制系统，以实现高速摄像机的触发以及喷油器控制．高速摄像机采用Phantom系列的V611，触发控制通过d SPACE发出触发信号实现，拍摄控制通过PCC软件调整拍摄参数以及图像的记录储存，拍摄时的采样频率为1 000帧/s，图像分辨率为800×600．试验中采用的是电磁阀结构的某款GDI发动机上的6孔喷油器，喷油器的6个孔并不完全对称，由d SPACE中的Peak-Hold来驱动．采用功率为55 W的LED光源，其具有寿命长、光亮度高、色温稳定、尤其工作稳定性强等优点．为避免反射光进入相机，安装相机时，应将相机镜头轴线水平向下倾斜20°，光源布置在相机同侧，入射角度与水平成30°，并且试验过程中要保证光源和相机的位置和角度不发生改变．2 标定试验

【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷汽油机喷雾图像特征提取方法[J]. 商微微,任桐慧.  吉林大学学报(信息科学版). 2017(06)
[2]车用汽油机颗粒物生成机理及排放特性研究进展[J]. 帅石金,董哲林,郑荣,王步宇,付海超,徐宏明,王建昕.  内燃机学报. 2016(02)
[3]基于数字图像处理的LPG喷雾特性试验研究[J]. 许伯彦,齐运亮.  内燃机学报. 2007(01)



本文编号：3585156