试析喷雾交叉孔和外开式喷油器喷雾特性测量生

论文导读：。由此,设计出一个能够在相对较低的喷射压力条件下实现与高压喷射相同的雾化效果,或在相同喷射压力条件下具有更高雾化水平的喷油器,同时还要兼具大喷雾体积和短贯穿距的特性,这是新燃烧技术进展的关键之一。基于从上背景,本论文提出了V形交叉孔喷油嘴设计,并根据直喷汽油机和柴油机的喷射压力水平不同,将实验分为低压喷射和
摘要：汽油机缸内直喷技术和柴油机HCCI/PCCI燃烧模式的出现极大地丰富了预混合燃内容,让喷雾特性的探讨变得更加重要,也推动了燃料和喷射技术的长足进展。喷雾对直喷汽油机新一代燃烧体系-喷雾导向式燃烧体系的混合气制约是至关重要的,不同喷油对策要求喷雾兼具高雾化性、大喷雾体积和短贯穿距等特性。另一方面,基于柴油的HCCI/PCCI燃烧模式也需要同样的喷雾特性。柴油的低挥发性和高粘度的物性使柴油机早喷比汽油机早喷遇到的不足更加复杂。过长的喷雾贯穿距在较低的缸内气体密度条件下更容易造成“湿壁”现象,稀释润滑油,而油膜的不完全蒸发及碰撞后形成的大粒径油滴也会对柴油机的燃油经济性和排放特性产生负面影响。由此,探讨开发具有高雾化性、大喷雾体积和短贯穿距喷雾特性的喷油器,对解决柴油机和汽油机预混合燃烧中的混合气快速形成的难题是十分必要的。本文探讨外开轴针式喷油器和新开发的V形交叉孔喷油器的喷雾特性,为优化设计这两种喷油器奠定基础。首先从直喷汽油机喷雾导向式燃烧体系利用的新型压电晶体制约外开轴针式喷油器为探讨对象,采取高速摄影与超高速摄影相结合的办法,对这种喷油器形成的空心圆锥状喷雾特性进行了可视化探讨。结果表明：环境压力、喷射压力及针阀升程的变化都对喷雾锥角影响很小。在多种实验条件下,实际的喷雾锥角都能够与轴针阀座的几何锥角基本保持一致。随着背压以0.1MPa增多到1.1MPa,喷雾轴向贯穿距和径向最大展开宽度显著减小。本论文提出了喷雾体积放大倍率的概念,通过形成的喷雾体积与喷射的燃油体积的比值来衡量、分析实验参数对于喷雾雾化及空间分布能力的影响。采取超高速摄影对这种空心圆锥状喷雾在喷射初期的进展状况进行观察时发现,整个喷雾实际上是由许多很细的“油线”组成的,油线结构对于油气掺混和雾化起到很大的推动意义。采取粒子图像测速技术(PIV)对压力定容弹内多种实验条件下的外开轴针式喷油器的喷雾场速度特性进行了测量与分析。结果表明：空气的动力意义会在喷口附近形成一个强烈的再流通区域,在喷雾外表面和内部产生的两个大尺度的气体涡流会对点火时刻火花塞附近的混合气的形成质量产生较大影响。喷射压力、环境压力、针阀升程及喷雾锥角对喷雾场内气流运动特点的影响被着重分析。同时对喷雾场各节点的速度结果进行均方根求解,用得到的速度标准差分布表示喷雾场内涡流强度特点,进一步分析了喷雾场内的两个大尺度涡流随时间的变化从及针阀升程等参数对这两个涡流的影响。采取相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对这种空心圆锥状喷雾场在径向和轴向多个测量点上的粒子速度及粒径大小进行了测量与分析。结果表明：环境压力的变化不仅可从显著转变喷雾体积大小和喷雾场的速度特性,同时对粒径特点也有明显影响。本论文着重分析了由喷射压力、针阀升程从及喷雾锥角引起的喷雾场内粒子特点变化对雾化与混合气形成质量的影响。采取时间分割法将PDPA获得的原始粒子信息从时间为轴线进行分段探讨,对喷雾经过测量点的四个不同阶段内粒子的速度和直径特点进行对比和分析。在喷射历程中,喷雾前端粒子速度较高,直径较大,在喷油结束后,喷雾场内的粒子速度接近于零,粒子AMD和D也分别稳定在不同的粒径量级上。压电晶体制约的外开轴针式喷油器虽然具有很好的雾化性能,可从有效制约喷雾贯穿距,但成本较高,在柴油喷射体系的高喷射压力条件下的喷雾特性还有待探讨。对于柴油机和直喷汽油机来说,不断提升的喷射压力不仅使喷射体系成本增多,同时也对体系的密封性和可靠性提出挑战。由此,设计出一个能够在相对较低的喷射压力条件下实现与高压喷射相同的雾化效果,或在相同喷射压力条件下具有更高雾化水平的喷油器,同时还要兼具大喷雾体积和短贯穿距的特性,这是新燃烧技术进展的关键之一。基于从上背景,本论文提出了V形交叉孔喷油嘴设计,并根据直喷汽油机和柴油机的喷射压力水平不同,将实验分为低压喷射和高压喷射两部分。在定容弹内对V形交叉孔喷油嘴形成的扇状喷雾进行了多角度、多边界条件的可视化观察。同时采取喷雾体积放大率与PDPA粒径采集相结合的办法,进一步分析了喷射压力、环境压力及交叉角对这种扇状喷雾的雾化性能的影响。此外,本论文对交叉孔喷油嘴的喷孔内流进行了三维仿真计算,对比了不同交叉角大小对应的喷孔出口的速度特性,结果证明交叉的壁面结构产生的径向液体内力(反意义力)是产生较大喷雾锥角的主要理由,论文导读：
而径向X和Y方向上液体内力大小不同则导致喷雾在这两个方向上的增长率有着差别,并最终形成了扇状喷雾。关键词：激光诊断论文外开轴针式论文时间分割法论文喷雾体积放大倍率论文V形交叉孔论文扇状喷雾论文
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Abstract6-12
1 绪论12-57

1.1 论文背景12-19

1.1 石油资源枯竭与新能源开发12-13

1.2 排放法规的升级与能源使用的进展方向13-16

1.3 中国面对的挑战16-19

1.2 汽油机缸内直喷技术19-27

1.2.1 缸内直喷技术的优势与局限19-21

1.2.2 汽油机缸内直喷技术分类21-24

1.2.3 直喷汽油机采取的喷油器24-27

1.3 柴油机高压喷射技术27-34

1.3.1 不断提升的喷射压力27-28

1.3.2 多次喷射及燃油喷射率曲线28-30

1.3.3 喷油嘴结构分类30-33

1.3.4 “湿壁”不足33-34

1.4 运用于喷雾测量方面的激光诊断技术34-54

1.4.1 利用激光的流体可视化计测办法35-40

1.4.2 粒子图像计测法40-54

1.5 本论文的主要探讨内容和探讨办法54-57

1.5.1 本论文具体探讨对象54-55

1.5.2 本论文具体探讨内容及办法55-57

2 直喷汽油机新型外开轴针式喷油器的喷雾可视化探讨57-90

2.1 外开轴针式喷油器结构特点58-60

2.2 实验装置及实验条件60-65

2.1 定容弹60-61

2.2 燃油喷射体系61-64

2.3 光学通路及高速摄影体系64-65

2.3 实验结果及分析65-89

2.3.1 每循环喷油量的影响66-69

2.3.2 喷雾宏观结构及喷雾锥角69-74

2.3.3 喷雾轴向贯穿距74-80

2.3.4 喷雾体积增大倍率80-84

2.3.5 喷雾的微观结构特点84-89

2.4 本章小结89-90

3 直喷汽油机外开轴针式喷油器的喷雾场速度特性的分析90-106

3.1 实验装置及实验条件90-92

3.2 实验结果及分析92-104

3.

2.1 再流通区域与气体回流92-94

3.

2.2 随时间变化的喷雾速度场特点94-96

3.

2.3 喷雾锥角与背压对喷雾场速度特性的影响96-99

3.

2.4 喷射压力对喷雾场速度特性的影响99-102

3.

2.5 喷雾场的湍流强度特点102-104

3.3 本章小结104-106
4 直喷汽油机外开轴针式喷油器的粒子速度及粒径特性的分析106-139

4.1 实验装置107-112

4.

1.1 定容弹及供油体系107-108

4.

1.2 相位多普勒体系108-112

4.2 粒子速度与粒径的瞬态分布特点112-117
4.

2.1 径向粒子速度与粒径瞬态分布特点112-113

4.

2.2 轴向粒子速度与粒径瞬态分布特点113-115

4.

2.3 再流通涡流的运动速度115-117

4.3 粒子的平均速度及粒径分布特点117-123
4.

3.1 粒子平均速度分布117-120

4.

3.2 索特平均直径(D)分布120-123

4.4 时间分割法123-138

4.1 时间分割法的定义123-124

4.2 采取时间分割法获得的燃油粒子特点124-138

4.5 本章小结138-139

5 V形交叉孔喷油嘴的实验及仿真探讨139-172

5.1 实验装置140-144

5.

1.1 油嘴结构140-141

5.

1.2 定容弹141-143

5.

1.3 高速摄影体系143-144

5.2 实验结果分析144-161
5.

2.1 喷雾形状及喷雾锥角144-150

5.

2.2 喷雾贯穿距150-153

5.

2.3 每循环喷油量及流量系数(Cd)153-154

5.

2.4 粒子平均直径154-161

5.3 喷雾体积增大倍率161-163

5.4 喷孔内流模拟计算及结果分析163-171

5.

4.1 计算办法164-166

5.

4.2 速度分布特点166-170

5.

4.3 空化现象与空气动力意义特点170-171

5.5 本章小结171-172
6 总结与展望172-176

6.1 总结172-174

6.2 展望174-176

创新点摘要176-论文导读：177参考文献177-188附录A主要符号的作用和单位188-190攻读博士学位期间发表学术论文状况190-192致谢192-193作者介绍193-194上一页123
177
参考文献177-188
附录A 主要符号的作用和单位188-190
攻读博士学位期间发表学术论文状况190-192
致谢192-193
作者介绍193-194