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论文导读：
摘要：针对国内外燃油多样化及小型化的直喷汽油机进展走势，深入、系统地探讨各种直喷汽油机喷雾的雾化及汽化特性，揭示其物理机理。为各种直喷汽油机燃烧系统的设计及开发提供论述及实验基础。直喷汽油机喷雾按照液体燃油是否涉及过热(Superheat)历程可分为两种雾化机理，即过冷液体射流(Liquid jet)破碎和过热喷雾的闪急沸腾(Flash-boipng)雾化。液体射流的破碎主要取决于射流表面各种力的相互作用。闪沸喷雾的机理则涉及到喷雾内部的气泡生成及膨胀作用，仅在环境压力小于燃料饱和蒸汽压时发生。由此，对直喷喷雾特性及机理进行系统探讨，需要以液体射流及闪沸喷雾两方面入手。喷雾探讨需要探讨先进的激光诊断技术以获取各项特性。喷雾瞬态粒径分布测试是激光诊断的重点与难点。平面激光测径技术(LIF/MIE)对于瞬态粒径分布测试具有不可替代的优势，且已被成功地用来获取一些汽化速率较低的喷雾的瞬态粒径分布，但随着汽化量的增大，测试精度急剧的降低。潜在理由是蒸汽的有着干扰了液滴的荧光信号。针对此不足，本论新性地开发双相激光诱导荧光/米氏闪射(LIEF/MIE)同步测试技术代替传统的LIF/MIE技术，其核心在于将双相激光诱导荧光(LIEF)技术引入到平面激光测径中实现气、液两相分离，以消除汽化历程对测试结果的影响。为此，针对LIEF技术的现有技术障碍，提出解决案例，提升其测试精度。同时，基于几何光学近似等论述矫正策略降低LIEF/MIE测试的各种误差，并实现定量标定，使得LIEF/MIE技术对于具有较快汽化速率的实际直喷喷雾同样具有极高的测试精度，并证明汽化历程对平面激光测径的影响不可忽略。另外，LIEF/MIE策略也是米氏散射(MIE)技术及双相激光诱导荧光(LIEF)技术的结合，这两种技术分别为本论文的探讨提供喷雾的宏观特性及汽化特性信息。在浅析策略方面，受射流机理探讨的启发，运用无量纲准则数反映喷雾特性的变化规律以揭示喷雾形成的物理机理。过冷液体射流特性通过雷诺数、韦伯数及气液密度比这三个无量纲数来反映，革新性的引入表征液体过热度的环境压力与饱和蒸汽压之比来对闪沸喷雾特性进行无量纲浅析。利用包括汽油、甲醇、乙醇、正己烷在内的多种燃料并通过转变燃油温度和环境压力使得各无量纲数均获得极大的范围，确保无量纲浅析的结果具有广泛通用性，并通过实测各种燃料的属性获得精确的无量纲数数值。运用相似法则证明喷雾无量纲数选择的准确性及完整性，以敏感度浅析确定过冷液体射流特性及闪沸喷雾特性对各个无量纲数的依存性，并为后文的喷雾无量纲浅析提供方向性的指导。基于无量纲数的范围确定液体射流及闪沸喷雾的测试工况，运用LIEF/MIE技术获得这些工况下喷雾的粒径、结构及汽化特性。对于液体射流，已有探讨基于光学诊断实验，得到了描述贯穿距、喷雾角等参数的经验公式。然而这些探讨，多是基于特定的柴油喷雾实验，结合各种经验的或论述的假设，直接建立喷射参数与喷雾特性之间的联系式，无法反映物理机理，只适用于特定的燃料系统和喷油系统，因而不具有通用性。本论文在实验数据的基础上，基于无量纲浅析法探讨射流特性的变化规律，量化了由韦伯数、雷诺数及气液密度比表征的制约喷雾破碎的四个主要作用力(惯性力、粘性力、表面张力及气动力)对射流特性的影响，建立无量纲数与喷雾特性之间的定量联系，导出贯穿距、喷雾角及索特平均直径的无量纲公式。无量纲公式可将喷雾制约因素及燃油种类的作用都归纳到反映机理的三个无量纲参数中，显性地表达射流雾化历程中的形成机理，精度高且适用于较大范围工况及各种燃料，有通用性。闪沸喷雾与液体射流在机理上有着本质区别，由此液体射流的公式对于闪沸喷雾将不适用。由于包括燃油温度、环境压力、喷射压力、燃油种类在内的各种喷雾制约因素对闪沸喷雾完整特性的影响缺乏系统的探讨。由此，始终无法探知闪沸喷雾的关键制约因素。本论文在闪沸喷雾的无量纲浅析之前，基于LIEF/MIE技术系统地探讨其特性，包括宏观结构、粒径分布及汽化特性，找出闪沸喷雾的变化特点。然后通过无量纲浅析，建立无量纲数与闪沸喷雾特性之间的关联性，发现闪沸喷雾的关键制约因素为过热度，而韦伯数、气液密度比等为次要因素。基于此，探讨闪沸喷雾各种特性随无量纲过热度(环境压力与饱和蒸汽压之比)之间的定量联系，发现闪沸喷雾的宏观结构、粒径分布、汽化特性随论文导读：的重要量251.3.2喷雾探讨中的激光诊断技术近况251.3.3喷雾探讨中的激光诊断技术难点——瞬态粒径分布测试25-281.4本课题的提出及主要探讨内容28-341.4.1直喷喷雾探讨现存主要不足及本课题的提出28-311.4.2主要内容31-34第2章双相激光诱导荧光/米氏闪射(LIEF/MIE)平面激光测径技术探讨34-71

2.1引言342平面激光测径

过热度的变化有着着极大的内部相关性，进而揭示了闪沸喷雾的变化规律，建立了闪沸喷雾结构参数与索特平均直径的无量纲公式，最终透析了闪沸喷雾的形成机理，为闪沸喷雾数值模型的建立提供基础。并发现其具备解决新一代小型化、燃料多样化直喷汽油机所面对的主要技术不足的潜力。为实现基于闪沸喷雾的新概念直喷燃烧系统开发作准备。关键词：液体射流论文闪急沸腾喷雾论文激光诊断技术论文喷雾无量纲公式论文
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Abstract7-10
目录10-13
第1章 绪论13-34

1.1 直喷汽油机进展走势13-17

1.2 直喷汽油机中的喷雾17-25

1.2.1 直喷喷雾分类17

1.2.2 液体射流探讨近况17-21

1.2.3 闪急沸腾喷雾探讨近况21-25

1.3 喷雾激光诊断策略25-28

1.3.1 直喷汽油机探讨中喷雾激光诊断的重要量25

1.3.2 喷雾探讨中的激光诊断技术近况25

1.3.3 喷雾探讨中的激光诊断技术难点——瞬态粒径分布测试25-28

1.4 本课题的提出及主要探讨内容28-34

1.4.1 直喷喷雾探讨现存主要不足及本课题的提出28-31

1.4.2 主要内容31-34

第2章 双相激光诱导荧光/米氏闪射(LIEF/MIE)平面激光测径技术探讨34-71

2.1 引言34

2.2 平面激光测径原理及 LIEF/MIE 技术探讨思路34-36

2.3 基于 LIEF 技术消除汽化对平面激光测径精度的影响36-45

2.3.1 双相激光诱导荧光法(LIEF)原理及主要技术不足36-37

2.3.2 双相激光诱导荧光技术(LIEF)的改善案例37-42

2.3.3 LIEF/MIE 测径策略消除汽化影响的技术案例及其实验设备42-45

2.4 液滴的荧光与散射光对于粒径三次方(d~3)和二次方(d~2)的依存性浅析45-55

2.4.1 基于几何光学近似的液滴散射光及荧光论述计算策略46-50

2.4.2 液滴散射光与荧光光强的数值计算参数50-51

2.4.3 液滴的散射光与荧光光强与液滴直径的联系51-55

2.5 实际喷雾中标定参数 K 的确认55-63

2.5.1 实际喷雾中标定参数 K 的论述计算策略56-59

2.5.2 论述计算获得的标定参数 K59-60

2.5.3 基于 PDI 实验获得的标定参数 K60-63

2.6 汽化喷雾的测试精度评价63-67

2.7 喷雾宏观结构及喷雾的汽化特性67-69

2.8 本章小结69-71

第3章 喷雾的无量纲浅析策略71-94

3.1 引言71-72

3.2 直喷汽油机喷雾的雾化机理及其无量准则数72-76

3.

2.1 过冷液体射流破碎72

3.

2.2 闪急沸腾雾化72-75

3.

2.3 表征过冷射流及闪沸喷雾的无量纲数汇总75-76

3.3 直喷喷雾的无量纲数范围76-84

3.1 燃料及其物性77-80

3.2 无量纲数的计算80-83

3.3 转变温度、燃油种类、环境压力以扩大无量纲数数值范围的示意83-84

3.4 喷雾的相似性84-86

3.5 喷雾结构对无量纲数的依存性86-91

3.5.1 过冷液体射流结构对无量纲数的依存性86-89

3.5.2 闪沸喷雾结构对无量纲数的依存性89-91

3.6 过冷液体射流及过热闪沸喷雾的实验工况91-92

3.7 本章小结92-94

第4章 基于无量纲浅析的过冷液体射流特性探讨94-118

4.1 引言94

4.2 液体射流及闪沸喷雾特性的系统浅析94-98

4.3 液体射流宏观结构的无量纲浅析98-106

4.

3.1 喷雾贯穿距、喷雾角随雷诺数的变化98-100

4.

3.2 喷雾贯穿距、喷雾角随韦伯数及气液密度比的变化100-102

4.

3.3 喷雾贯穿距及喷雾角的无量纲方程102-106

4.4 喷雾粒径分布特性的无量纲浅析106-114

4.1 韦伯数(We)及雷诺数(Re)对喷雾粒径分布的影响107-109

4.2 气液密度比对喷雾粒径分布的影响109-111

4.3 索特平均直径的无量纲方程111-114

4.5 液体射流无量纲公式汇总及其反映射流破碎机理114-116

4.6 本章小结116-118

第论文导读：95.2闪沸喷雾的宏观结构特性及其无量纲浅析119-1345.2.1闪沸喷雾结构的系统浅析119-1235.2.2闪沸喷雾的关键无量纲准则数123-1255.2.3闪沸喷雾的结构变化规律及其无量纲公式125-1345.3闪沸喷雾的粒径分布特性及其无量纲公式134-1405.3.1闪沸喷雾的粒径分布特性135-1375.3.2闪沸喷雾粒径的无量纲浅析137-1405.4闪沸喷
5章 基于无量纲浅析的闪急沸腾喷雾雾化及汽化的系统探讨118-151

5.1 引言118-119

5.2 闪沸喷雾的宏观结构特性及其无量纲浅析119-134

5.

2.1 闪沸喷雾结构的系统浅析119-123

5.

2.2 闪沸喷雾的关键无量纲准则数123-125

5.

2.3 闪沸喷雾的结构变化规律及其无量纲公式125-134

5.3 闪沸喷雾的粒径分布特性及其无量纲公式134-140
5.

3.1 闪沸喷雾的粒径分布特性135-137

5.

3.2 闪沸喷雾粒径的无量纲浅析137-140

5.4 闪沸喷雾的汽化特性140-143
5.

4.1 闪沸喷雾气液两相的结构变化规律140-142

5.

4.2 不同过热度下闪沸喷雾的汽化量142-143

5.5 闪沸喷雾的形成机理浅析——气液两相的相互作用143-146

5.6 基于温度与压力双变量制约的直喷闪沸喷雾发动机潜在优势146-148

5.7 本章小结148-151

第6章 总结及展望151-157

6.1 总结151-155

6.2 展望155-157

参考文献157-164
附录 1 –贯穿距及喷雾角经验公式164-169
附录 2 -喷雾测试中的激光诊断策略及其技术特点169-171
致谢171-173
在学期间发表的学术论文与探讨成果173-174