微小孔喷嘴结构参数对柴油喷雾和燃烧特性的影响

摘要

燃油喷雾质量的改善对于实现燃油清洁高效地燃烧起到了非常关键的作用。研究表明，喷嘴结构参数直接影响燃油喷雾的雾化效果。为了探究高喷油压力条件下喷嘴参数结构对柴油喷雾特性和燃烧特性的影响，本工作基于一套高压共轨燃油喷射系统，结合相位多普勒粒子分析系统（PDPA）、喷雾容弹台架和定容燃烧弹系统，分别研究了喷孔的结构参数、喷油压力和环境背压对柴油喷雾及其燃烧特性的影响。通过大量的台架试验和数据分析得出如下结论： 提升柴油的喷射油压有利于减小油雾粒径、增大雾束前锋贯穿距及远场喷雾锥角。提高喷雾容弹内的空气背压则对减小喷雾向前贯穿的距离具有明显的作用。同时，提高喷油压力，对容弹内燃烧峰值压力和放热率都有一定幅度的增大，对燃油喷雾的燃烧持续期也有所缩短。此外，喷雾燃烧的火焰亮度下降，燃烧时碳烟的生成量也逐渐减少。 减小喷孔直径将直接促进了喷雾粒径总体 SMD 的减小。但是减小喷孔直径将导致喷雾贯穿距的缩短和喷雾锥角的变小。喷雾的燃烧火焰发光亮度随着孔径的减小而降低，燃烧持续时间也随之缩短，燃烧放热率和缸压却有小幅提升，碳烟生成受到抑制。 喷孔长径比对燃油喷雾特性存在一个相对优化的数值。喷孔长径比对喷雾特性有着较为复杂的影响，长径比小于等于5时，随着喷孔长径比的增加，喷雾的粒径明显增大。当长径比大于5时，增加喷孔长径比，喷雾的总体SMD持续减小。喷雾燃烧火焰亮度随着长径比的增加而降低，燃烧持续期明显缩短，燃烧生成碳烟量有所减少。 反映喷孔锥度结构形状的 K 系数对燃油的喷雾和燃烧特性有不同的影响。K<0时燃油喷雾锥角随着K系数的增加而增大，喷雾的粒径则逐渐减小。K>0时喷雾的远场锥角随着K系数的增大而减小，喷雾的SMD反而持续增大。碳烟生成特性受K系数影响情况与喷雾特性相一致，合理选择喷孔K系数能有效减少碳烟的生成。 喷嘴的簇孔间距对喷雾也有一定影响。间距增大，喷雾SMD先增加后减小，碳烟生成量表现出相同的变化趋势，簇孔间距为0.4mm时燃烧峰值放热率最高，单孔与0.2mm间距簇孔的峰值放热率差别不大。

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