交叉孔喷油嘴与双层分流燃烧系统的喷雾和燃烧特性实验研究

摘要

为了减小传统柴油机燃烧路径中的局部当量比，加快燃油空气混合速率，本课题组提出了交叉孔喷油嘴与双层分流燃烧系统来分别加强喷雾的湍流扰动和分散度，从而降低碳烟排放并提高燃烧效率。为了更好地优化交叉孔喷油嘴和双层分流燃烧系统的设计，全面地和深入地了解它们的喷雾和燃烧特性是非常必要的。
　　本实验研究以自主搭建的喷雾与燃烧可视化测试系统为平台，利用直接摄影法和火焰自然发光法对交叉孔喷油嘴的自由喷雾以及双层分流燃烧系统内碰撞喷雾的喷雾特性和燃烧特性进行了测量。
　　交叉孔喷油嘴实验部分采用两个不同子喷孔相交角度的交叉孔喷油嘴和一个单孔喷油嘴，从喷油压力的影响、环境气体密度的影响和环境温度的影响三方面探究了喷雾特性，并在不同喷油压力下探究了燃烧特性。实验结果表明:交叉孔喷油嘴与单孔喷油嘴相比喷雾贯穿距较小，正向和侧向喷雾锥角都较大，这些差别随子喷孔相交角度的增大和喷射压力的提高而增大;环境气体密度对交叉孔喷油嘴的喷雾贯穿距和喷雾锥角影响较大;环境气体温度的升高对交叉孔喷油嘴的液相喷雾贯穿距和液相喷雾锥角的减小作用更明显，说明交叉孔喷油嘴喷雾粒径更细;在较低喷射压力下交叉孔喷油嘴的滞燃期更长，与单孔喷油嘴的差别随着喷射压力的提高而减小;交叉孔喷油嘴喷雾的火焰总强度更低，表明更低的碳烟含量，随着喷射压力的升高和子喷孔相交角度的增大火焰亮度降低更明显。
　　双层分流燃烧系统实验部分采用二维模型模拟ω燃烧室和双层分流燃烧室，从两种燃烧室的对比、不同喷油压力的影响以及不同活塞位置的影响三方面进行探究。两种燃烧室对比的实验结果表明:双层分流燃烧室下层的型线设计可以减少喷雾湿壁，碰撞台上方和挤流区内燃油较浓，ω燃烧室的局部浓区分布在活塞坑底和凹坑边缘上方，挤流区内几乎没有燃油分布;双层分流燃烧系统实现了燃油的分层燃烧，上层比下层的火焰亮度高，燃烧持续期长，而ω燃烧系统内燃烧大部分集中在活塞凹坑内，火焰进入挤流区深度很小;双层分流燃烧室内由于喷雾扩散度高，中负荷下相对火焰面积较大，但大负荷下两种燃烧室的最大相对火焰面积差不多。对双层分流燃烧系统单独研究的结果表明:提高喷射压力和引导喷雾向碰撞台中心碰撞会加快燃油蒸发;不同喷射压力下的喷射结束时的燃油分布情况基本相同，喷射压力越高，滞燃期越短，燃烧速率越快;不同喷油正时导致的不同活塞位置会影响燃油在上下两层燃烧室的分布从而影响火焰分布。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 柴油机喷油嘴的研究现状

1．2．1 伞喷喷油嘴

1．2．2 组孔喷油嘴

1．2．3 交叉孔喷油嘴

1．3 柴油机燃烧室的研究现状

1．3．1 具有代表性的燃烧室研究

1．3．2 双层分流燃烧室

1．4 柴油机喷雾及燃烧可视化技术的研究现状

1．4．1 缸内光学诊断的挑战

1．4．2 典型的柴油机可视化实验装置

1．4．3 常用的喷雾特性光学诊断方法

1．4．4 常用的燃烧特性光学诊断方法

1．5 本文主要研究内容和研究方法

1．5．1 研究对象

1．5．2 研究方法

2 喷雾与燃烧可视化试验台布置

2．1 总体布置

2．2 定容弹系统

2．3 燃油喷射系统

2．4 光源与拍摄系统

2．5 同步控制系统

2．6 本章小结

3 交叉孔喷油嘴的喷雾特性和燃烧特性

3．1 实验设备和实验条件

3．2 交叉孔喷油嘴的喷雾特性

3．2．1 喷油压力的影响

3．2．2 环境气体密度的影响

3．2．3 环境温度的影响

3．3 交叉孔喷油嘴喷雾的燃烧特性

3．3．1 宏观火焰结构

3．3．2 滞燃期

3．3．3 火焰总强度

3．4 本章小结

4 双层分流燃烧系统的碰撞喷雾特性和燃烧特性

4．1 实验设备和实验条件

4．2 双层分流燃烧室和ω燃烧室的喷雾燃烧特性对比

4．2．1 宏观喷雾特性

4．2．2 宏观火焰传播特性

4．3 喷油压力对双层分流燃烧室内喷雾燃烧特性的影响

4．3．1 宏观喷雾特性

4．3．2 宏观火焰传播特性

4．4 活塞缸盖间距对双层分流燃烧室内喷雾燃烧特性的影响

4．4．1 宏观喷雾特性

4．4．2 宏观火焰传播特性

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢