柴油机混合燃料喷雾特性研究

摘要

排放法规对柴油机要求越来越严格，这使得有必要获得更加准确的发生在燃油喷射期间的雾化、蒸发以及和着火燃烧相关的物理、化学现象。同时，新一代内燃机燃烧理论与技术的发展使得柴油机和汽油机的技术愈来愈接近，发动机可能会跟据混合燃料成分的变化来组织不同的燃烧方式，因此必须充分认识各种混合燃料的喷雾特性和燃烧特性。
　　 平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence PLIF)是测量燃料喷雾浓度场和温度场的有效工具，对喷雾流场不产生干扰，能够很好的跟踪瞬态变化的喷雾场，展现喷雾的几何结构特点。
　　 论文中把青岛地区的汽油和柴油按照1:2体积比进行了混合，并定义为参考油。在参考油的基础上，利用蒸馏釜设备按照40～240℃、40～270℃、40～300℃三个镏程对参考油进行蒸馏，并提取相应馏分的混合燃料为研究对象，利用PLIF测试技术研究它们的喷雾、蒸发和混合机理，以及喷雾空间分布。
　　 结果显示混合燃料的挥发性和粘度对蒸发环境下的喷雾贯穿距离有一定的影响，挥发性越高，喷雾贯穿距离越长，粘度越高，喷雾贯穿距离越短；在蒸发环境下，混合燃料的挥发性是影响喷雾特性的主要原因；挥发性相差最大的两种混合燃料的最大贯穿距离相差将近14%；混合燃料的挥发性对混合燃料喷雾锥角有较小的影响，混合燃料的挥发性增加55%时喷雾锥角只增加了5%，并且随着环境密度、喷射压力的增加，挥发性对喷雾锥角的影响在减小；四种混合燃料的近场喷雾锥角都呈现先减小然后保持一个相对稳定的数值直至喷射结束，远场喷雾锥角呈现先减小然后保持不变之后再增加的趋势，但是全程的远场喷雾锥角变化很小；远场喷雾锥角要比近场喷雾锥角大15°～18°左右；喷雾的贯穿速率与总的空气卷吸率和燃油-空气混合过程有关。燃料的密度对喷雾贯穿距离有一定的影响。高的燃油密度导致低的空气.燃油比，减弱了喷雾的卷吸运动，燃料扩散、蒸发过程减慢，造成喷雾贯穿距离变短，反之亦然；环境密度对混合燃料喷雾贯穿距离有显著的影响，环境密度越高喷雾贯穿距离明显减小，由于环境密度升高使空气阻力增大，环境密度越高，喷雾锥角越大；喷射压力对混合燃料喷雾贯穿距离有一定影响。喷油压力越高，混合燃料的喷雾贯穿距离越长。喷射压力对混合燃料喷雾锥角(近场锥角和远场锥角)有一定的影响。随着喷射压力的提高，近场喷雾锥角呈现出小幅度的增长，但是不同于环境密度提高的影响，近场喷雾锥角呈现出先急剧减小(0.1-0.2ms)再保持不变的趋势；喷射压力从140MPa升高到180MPa的过程中远场喷雾锥角增加了3°左右，从180MPa升高到220MPa的过程中远场喷雾锥角增加了1°左右；喷孔直径越小，喷雾贯穿距离越短。喷孔直径对混合燃料的近、远场喷雾锥角都有一定的影响，喷孔直径对远场喷雾锥角的影响大于对近场喷雾锥角的影响。喷孔直径从0.18mm缩小到0.10mm的过程中，近场喷雾锥角缩小了4～5°左右，远场喷雾锥角缩小了6～8°左右，燃料挥发性对喷雾最大贯穿距离增长率的影响分别为15.31%、15.23%、13.85%，挥发性对近场喷雾锥角增长率的影响分别为14.18%、12.5%、11.7%，挥发性对远场喷雾锥角增长率的影响分别为10.8%、9.8%、9.6%。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 柴油机喷雾研究的意义

1.3 柴油喷雾特性的研究

1.3.1 柴油喷雾雾化、破碎机理

1.3.2 柴油喷雾特性研究现状

1.3.3 喷雾实验设备分析

1.4 本课题的研究内容及意义

第二章 平面激光诱导荧光系统原理和构建

2.1 平面激光诱导荧光系统(planar laser induced fluorescence)原理

2.1.1 荧光原理

2.1.2 平面激光诱导荧光技术原理

2.2 平面激光诱导荧光试验系统

2.2.1 光路系统

2.2.2 预混燃烧定容弹系统

2.2.3 控制系统

2.2.4 温度与压力采集系统

2.2.5 单次高压燃油喷射系统

2.3 本章小结

第三章 喷雾图像处理软件的开发

3.1 软件功能设计

3.1.1 软件开发工具的选择

3.1.2 数字图像处理方法

3.1.3 图像的数字化

3.1.4 数字化图像的读取

3.1.5 数字图像的显示

3.1.6 数字图像的保存

3.1.7 数字图像的空域运算

3.2 图像分割方法

3.2.1 边缘检测

3.2.2 阀值分割

3.2.3 区域生长法

3.3 数字形态学图像处理

3.3.1 数字图像的膨胀和腐蚀处理

3.3.2 数字图像的细化(骨架化)

3.3.3 图像边缘的提取

3.3.4 图像填充操作

3.4 本章小结

第四章 混合燃料喷雾特性研究

4.1 实验用油的制取

4.2 喷雾特性分析方法

4.2.1 试验参数设定

4.2.2 喷雾结构参数定义

4.3 各种因素对动态混合燃料喷雾结构的影响

4.3.1 环境密度的影响

4.3.2 喷油压力的影响

4.3.3 喷孔直径的影响

4.3.4 燃油属性的影响

4.4 本章总结

第五章 全文总结与工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

附录

参考文献

致谢

发表论文和参加科研情况说明