基于平面激光测径技术(LSD)的柴油喷雾粒径分布特性研究

摘要

在柴油机中，喷雾特性决定了燃烧室内空气和燃料混合过程，是决定燃烧质量的一个重要因素，而燃烧质量的好坏决定了柴油机的动力性、经济性和排放性，因此对喷雾特性的研究具有十分重要的意义。PLIF（平面激光诱导荧光）和LSD（平面激光测径）技术作为先进的光学测试技术手段，可以提供包括喷雾贯穿距、喷雾中燃油粒径分布在内的多种喷雾宏观特性参数和微观特性参数，本文采用这两种技术研究了喷油压力、背景压力以及喷孔孔径对柴油喷雾特性的影响。
　　首先，本文搭建了基于PLIF和LSD技术的喷雾特性的测试平台，探究了柴油溶液和柴油喷雾的荧光特性，并对喷雾图像作了能量衰减等一系列矫正，在此基础上对柴油喷雾浓度与荧光强度之间的关系进行了标定，得到了确定二者关系的标定系数Kc;同时基于PDA数据对LIF/MIE图像信号强度与SMD之间的关系进行标定，得到了标定系数K;最终获得了不同实验条件下的喷雾宏观及微观特性参数。
　　其次，本文研究了喷油压力、背景压力和喷孔孔径对喷雾宏观特性参数的影响，发现提高喷油压力和喷孔直径在可以促进喷雾体积的增长，提高喷雾在空间内的扩散能力，而背景压力的则会抑制喷雾在轴向的发展，并导致喷雾体积减小。结合液体射流破碎理论来看，喷油压力和孔径的改变，主要影响喷孔内部的流动状态，背景压力的改变导致喷孔除了使得出口处油柱所受的气动干扰发生变化，进而影响到油束在喷孔出口处破碎过程外，对之后的燃油液滴运动也有重要的影响。
　　最后，本文研究了喷油压力、背景压力和喷孔孔径对喷雾浓度、喷雾SMD分布的影响，发现随着喷油压力的提高，喷雾中当量比最大值下降，浓度分布更加均匀，同时SMD变小，说明随着喷油压力的提高雾化质量变好。随着背压的增大，喷雾当量比减小，这主要是因为环境密度增大，导致喷雾内燃油与空气的质量比下降，同时SMD变大，因为喷雾体积变小，使得喷雾内油滴数密度增大，导致油滴间的碰撞几率增大，油滴的聚合使得SMD变大。随着喷孔直径的增大喷孔出口截面积增大，对应更大的质量流量，而此时的喷雾锥角却相对较小，使得喷雾内燃油当量比上升，对应的SMD随着喷孔直径的增大而增大，说明随着喷孔直径的增大，虽然可以提高喷雾当量比，但是雾化质量变差。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究目的和意义

1．2柴油喷雾研究现状

1．3喷雾激光诊断技术

1．4示踪剂研究现状

1．5本文主要研究内容

第2章实验设备

2．1实验设备

2．1．1系统布局

2．1．2光路系统

2．1．3图像采集单元

2．1．4时序控制单元

2．1．5燃油喷射单元

2．1．6定容弹系统

2．2实验工况设定

2．3本章小结

第3章喷雾浓度及喷雾SMD分布标定

3．1柴油荧光特性探究

3．1．1荧光寿命

3．1．2柴油荧光强度随激光能量变化的关系

3．1．3柴油荧光强度与柴油浓度之间的关系

3．2柴油喷雾浓度及SMD的标定

3．2．1激光能量衰减矫正

3．2．2柴油喷雾浓度标定

3．2．3柴油喷雾SMD标定

3．3本章小结

第4章喷雾宏观参数测试结果分析

4．1喷油压力对喷雾宏观参数的影响

4．1．1喷油压力对喷雾贯穿距离的影响

4．1．2喷油压力对喷雾锥角的影响

4．1．3喷油压力对喷雾体积的影响

4．2背景压力对喷雾宏观参数的影响

4．2．1背景压力对喷雾贯穿距离的影响

4．2．2背景压力对喷雾锥角的影响

4．2．3背景压力对喷雾体积的影响

4．3喷孔孔径对喷雾宏观参数的影响

4．3．1喷孔孔径对喷雾贯穿距离的影响

4．3．2喷孔孔径对喷雾锥角的影响

4．3．3喷孔孔径对喷雾体积的影响

4．4本章小结

第5章柴油喷雾浓度及SMD分布测试结果分析

5．1．1喷油压力对柴油喷雾浓度分布的影响

5．1．2喷油压力对柴油喷雾SMD分布的影响

5．2背景压力对柴油油喷雾浓度及SMD分布的影响

5．2．1背景压力对柴油喷雾浓度分布的影响

5．2．2背景压力对柴油喷雾SMD分布的影响

5．3喷孔直径对柴油油喷雾浓度及SMD分布的影响

5．3．1喷孔直径对柴油喷雾浓度分布的影响

5．3．2喷孔直径对柴油喷雾SMD分布的影响

5．4本章小结

第6章全文总结和工作展望

6．1全文总结

6．2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录