燃油喷雾撞壁附壁油膜及近壁区域混合气分布特性研究

摘要

为实现柴油机的HCCI（均质混合压燃）燃烧，多采用早喷的喷油策略，由于早喷时缸内压力和温度均比较低，使得缸内的燃油喷雾不可避免的发生撞壁现象。研究指出燃油喷雾撞壁是 HCCI柴油机 HC（碳氢化合物）以及 CO（一氧化碳）排放的主要来源，这主要是由于一方面燃油喷雾撞壁后所形成的的附壁油膜会在燃烧过程中发生“池火”燃烧，另一方面在燃油喷雾的撞壁区域内会形成过浓混合气，因此深入研究燃油喷雾撞壁后附壁油膜以及近壁区域混合气分布特性有助于改善HCCI柴油机的HC/CO排放。缸内的燃油喷雾撞壁现象根据壁面条件的不同大体可以分为两类：一种为燃油喷雾与活塞头部以及燃烧室内壁等干燥壁面之间的碰撞，另一种为燃油喷雾与表面涂有润滑油膜的缸套内壁之间的碰撞。本文针对不同壁面条件下，不同撞壁参数对柴油及其混合燃油喷雾撞壁后的附壁油膜以及近壁区域混合气分布特性的影响进行了系统研究，并以此为基础对HCCI柴油机的早喷参数进行了优化，已达到降低 HC/CO排放的目的，主要研究内容如下： 1.针对不同撞壁参数及壁面条件下，柴油及其混合燃油喷雾撞壁后所形成的附壁油膜特性进行了研究。研究主要分为两大方面：分别为附壁燃油率以及附壁油膜分布（附壁油膜形态、附壁油膜铺展面积以及附壁油膜平均厚度）的研究。通过改变喷油压力、撞壁距离、撞壁角度和掺混比例等撞壁参数，研究了不同壁面条件下，柴油及其混合燃油附壁燃油率以及附壁油膜分布的变化规律；总结分析了不同撞壁参数下，影响附壁燃油率以及附壁油膜分布的主要因素；并得出了干湿壁条件下，不同种类燃油附壁燃油率以及附壁油膜平均厚度与撞壁液滴韦伯数之间的经验公式。 2.针对不同撞壁参数及壁面条件下，柴油及其混合燃油喷雾撞壁后近壁区域混合气分布特性进行了研究。研究主要分为两大方面：分别为近壁区域混合气分布形貌以及浓度分布。通过改变喷油压力、环境背压、环境温度、撞壁距离和掺混比例等撞壁参数以及壁面条件，研究了柴油及其混合燃油近壁区域混合气分布形貌以及浓度分布的变化规律，并总结分析了不同撞壁参数以及壁面条件下，影响近壁区域混合气分布形貌以及浓度分布的主要因素。 3.针对不同早喷参数下，HCCI柴油机缸内燃油喷雾撞壁后附壁油膜以及混合气分布特性进行了研究。从残余油膜质量以及湿壁区域混合气分布均匀度两个角度解释与分析了不同早喷参数对整机HC/CO排放的影响，并以此为基础对早喷参数进行了优化。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 燃油撞壁的研究现状

1.3 内燃机缸内喷雾撞壁的研究现状

1.4 本文主要研究内容及意义

第二章 燃油喷雾撞壁试验系统及研究方法

2.1 引言

2.2 燃油喷雾撞壁可视化试验系统

2.3 附壁油膜测量试验系统

2.4 燃油物性参数

2.5 研究方法

2.6 本章小结

第三章 撞壁参数对附壁燃油率的影响

3.1 引言

3.2 不同撞壁参数对附壁燃油率的影响

3.3 附壁燃油率关于撞壁液滴韦伯数的经验公式

3.4 本章小结

第四章 撞壁参数对附壁油膜分布的影响

4.1 引言

4.2 不同撞壁参数对附壁油膜形态的影响

4.3 不同撞壁参数对附壁油膜铺展面积的影响

4.4 不同撞壁参数对附壁油膜平均厚度的影响

4.5 本章小结

第五章 撞壁参数对近壁区域混合气分布形貌的影响

5.1 引言

5.2 不同撞壁参数对近壁区域混合气分布形貌的影响

5.3 本章小结

第六章 撞壁参数对近壁区域混合气浓度分布的影响

6.1 引言

6.2 计算模型介绍

6.3 不同撞壁参数对近壁区域混合气浓度分布的影响

6.4 本章小结

第七章 早喷参数对缸内附壁油膜及混合气分布特性的影响

7.1 引言

7.2 计算模型选取及验证

7.3 早喷参数对附壁油膜特性的影响

7.5 燃油喷雾撞壁对HC/CO排放的影响

7.4 本章小结

第八章 全文总结与展望

8.1 全文工作总结

8.2 本文创新点

8.3 未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢