基于纹影法的柴油喷雾诱导激波特性研究

摘要

随着环境问题的加剧，排放标准也日益严格。为了改善柴油机的燃烧排放，多种技术如多次喷射、高压喷射、废气再循环被应用于缸内燃烧当中，形成低温燃烧策略，使燃烧路径避开NOx生成区和碳烟生成区。
　　在新的技术背景下，不断提高的燃油喷射压力使得燃油射流的出口速度不断增加，预喷射形成的稀薄混合气则降低了当地声速，而努力形成的缸内低温环境也会进一步降低射流周围的声速条件。这些因素使得燃油射流的出口速度高于当地声速，从而产生柴油诱导激波现象。
　　柴油喷雾诱导激波现象对于喷雾的影响目前还没有被透彻的研究，目前的研究大多基于高压下喷雾诱导激波的产生区间和形态，对于喷雾诱导激波在喷雾过程中对雾化的影响还缺乏机理上的解释，这给缸内柴油喷雾过程的精确控制带来了影响。因此，需要对喷雾诱导激波现象对于喷雾的影响展开研究。
　　为了对喷雾诱导激波特性进行研究，建设了基于纹影法的喷雾诱导激波特性实验平台，在定容弹条件下进行了大气开放条件、给定背压条件以及不同种类环境气体下的喷雾诱导激波实验，并开发出基于MATLAB的图像处理程序。
　　根据大气开放条件下的实验现象，确认喷孔出口下游和喷雾前锋面都是激波的产生位置，并对喷雾与激波的发展过程进行了分析，提出喷雾前锋面的诱导激波现象实质上是一个等效来流马赫数和液核气流转折角不断变化的过程。
　　根据给定背压条件下的实验现象，通过分析激波的结构与速度，确认了高背压下由于喷雾速度的很快衰减，激波也很快趋向于声速，形成圆形的马赫波。提出虽然激波的存在对于喷雾前锋面而言起到了阻力作用，但对于喷雾体而言，则起到了促进油气分布的作用。
　　根据不同种类环境气体下的实验现象，比较了相同喷射压力和环境密度下，有无激波对喷雾特性的影响，实验结果表明：激波促进了喷雾贯穿距的发展。与 N2条件下相比，SF6条件下的喷雾贯穿距发展更快，高马赫数下的激波强度提高是造成贯穿距变化的原因。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 柴油喷雾诱导激波特性国内外研究现状

1.3 喷雾测试技术介绍及测试方法选择

1.4 本课题的主要工作内容

第二章 喷雾诱导激波特性实验平台建设

2.1 燃油系统

2.2 定容弹系统

2.3 控制系统

2.4 光路系统

本章小结

第三章 基于MATLAB的喷雾图像处理

3.1 多级文件夹的批量处理

3.2 喷雾诱导激波特性的图像处理

本章小结

第四章 喷雾诱导激波特性研究

4.1 大气开放条件下的喷雾诱导激波特性

4.2 不同背景压力下的喷雾诱导激波特性

4.3 喷雾诱导激波对柴油喷雾的影响

4.4 实验误差分析

本章小结

总结与展望

1、全文总结

2、工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢