柴油喷雾及油气混合特性试验研究

发布时间：2017-08-22 02:02

  本文关键词：柴油喷雾及油气混合特性试验研究

  更多相关文章： 柴油喷雾特性 纹影 高速摄影 图像处理 混合均匀性

【摘要】：柴油的喷雾蒸发和油气混合是柴油机燃烧的重要边界条件。因此,研究喷射特性的影响因素和变化规律,合理评价喷雾与空气的混合均匀性程度,对于组织燃烧、提高柴油机的性能和改善排放都至关重要。本文首先基于高温高压定容燃烧装置和高压共轨燃油喷射系统,并结合高速摄像机和纹影仪,搭建了柴油喷雾特性试验平台。通过该平台采集了不同背景气体参数与喷射参数下的柴油自由射流喷雾图像。此外,在喷油器下加装燃烧室模块,采集了不同油束夹角下的柴油碰壁喷雾图像。接着利用MATLAB图像处理工具,针对自由射流与碰壁喷雾分别提出了高速摄影直拍图像和纹影图像的处理方法,更为准确高效地将喷雾油束与复杂的背景相分离,并计算出贯穿距离、锥角、投影面积和体积等一系列喷雾宏观特性参数。然后通过计算得到喷雾宏观特性,总结出背景气体参数与喷油参数对自由射流的影响规律。在背景气体参数中,提高背景温度,可以促进柴油蒸发,改善燃油喷雾在空间的分布;提高背景密度,喷雾形态有所减小,喷雾在空间的分布未得到改善,但单位雾注体积对应的空气量增加,油气混合效果变好。在喷油参数中,增加喷油压力,燃油蒸发量增加,蒸发速度加快,气相燃油可以发展到更远的地方,液相燃油贯穿距离则基本不变;小孔径喷油器搭配多孔数方案,总的燃油蒸发量增加,燃油在空间的分布得到改善。对于碰壁喷雾,油束夹角对碰壁喷雾特性有重要影响,改善燃烧室形状并选择合适的油束夹角,雾注投影面积与气相投影面积均会增加,液相投影面积减小,燃油蒸发量增加。在实际发动机中,燃油喷入缸内后,混合气的形成会直接影响着火与燃烧品质。因此,本文提出了针对自由射流喷雾的油气混合均匀性评价参数。总结了油气混合均匀性评价参数随背景温度、背景密度、喷油压力以及喷孔直径的变化规律。通过对这些规律的分析,验证了所提出的油气混合均匀性评价参数的合理性。
【关键词】：柴油喷雾特性 纹影 高速摄影 图像处理 混合均匀性
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 自由射流研究进展13-18
• 1.2.1 自由射流破碎机理与雾化机理研究13-16
• 1.2.2 自由射流喷雾特性研究16-18
• 1.3 碰壁喷雾研究进展18-22
• 1.3.1 碰壁喷雾机理研究19-21
• 1.3.2 碰壁喷雾影响因素研究21-22
• 1.4 本文主要研究内容22-24
• 第2章 试验平台及MATLAB图像处理基础介绍24-34
• 2.1 试验系统24-29
• 2.1.1 定容燃烧弹系统25-26
• 2.1.2 燃油喷射系统26-27
• 2.1.3 数据采集系统27-29
• 2.2 纹影法测试原理29-30
• 2.3 MATLAB图像处理基础30-33
• 2.3.1 MATLAB中的图像类型转换30
• 2.3.2 灰度直方图30-31
• 2.3.3 图像代数运算31
• 2.3.4 图像分割31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 喷雾图像处理方法研究34-45
• 3.1 自由射流图像处理过程35-40
• 3.1.1 高速摄影图像处理过程35-37
• 3.1.2 纹影图像处理过程37-40
• 3.2 碰壁喷雾图像处理过程40-42
• 3.2.1 高速摄影图像处理过程40-41
• 3.2.2 纹影图像处理过程41-42
• 3.3 喷雾宏观特性参数计算42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 柴油自由射流与碰壁喷雾特性研究45-71
• 4.1 背景气体参数对自由射流喷雾特性的影响45-55
• 4.1.1 背景气体温度对喷雾特性的影响46-49
• 4.1.2 背景气体密度对喷油特性的影响49-55
• 4.2 喷油参数对自由射流喷雾特性的影响55-63
• 4.2.1 喷油压力对喷雾特性的影响55-60
• 4.2.2 喷孔直径对喷雾特性的影响60-63
• 4.3 油束夹角对碰壁喷雾特性的影响63-69
• 4.3.1 DS燃烧室不同油束夹角对喷雾特性的影响65-67
• 4.3.2 F12燃烧室不同油束夹角对喷雾特性的影响67-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第5章 自由射流油气混合均匀性评价参数研究71-78
• 5.1 均匀性评价参数的提出71-72
• 5.2 背景气体参数对油气混合均匀性的影响72-74
• 5.2.1 背景温度对油气混合均匀性的影响规律及分析72-73
• 5.2.2 背景密度对油气混合均匀性的影响规律及分析73-74
• 5.3 喷油参数对油气混合均匀性的影响74-77
• 5.3.1 喷油压力对油气混合均匀性的影响规律及分析74-76
• 5.3.2 喷孔直径对油气混合均匀性的影响规律及分析76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 全文总结与展望78-80
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-84
• 致谢84

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本文编号：716395