直喷汽油机多孔喷油器亚/超临界喷雾特性的试验研究

摘要

经过不断的探索和研究，进气增压和缸内直喷技术(GDI)成为汽油机发展的主要方向。但是GDI技术会产生大量的环境污染物，如核态和聚集态颗粒物。对当前直喷汽油机来说，将汽油燃料以超临界流体的形式喷射到气缸有潜力突破汽油机的热效率极限，降低微粒排放，实现高效清洁燃烧。因此，本文主要研究多孔GDI喷油器的亚/超临界喷雾特性。在超临界喷雾平台上进行了汽油、乙醇、正辛烷以及乙醇-正辛烷混合燃料的喷雾实验。本文得出如下主要结论。
　　汽油在低亚临界区域、亚临界区域和超临界区域的喷雾特性有较大差别。随着温度的提高，喷雾贯穿距先缓慢增加，后急速下降，最后迅速回升；喷雾面积先升高，在亚临界区出现峰值后迅速下降；喷雾周长先下降，后迅速回升；比周长Lr先大幅下降，随后迅速回升。此外在低亚临界区，比周长Lr随压力升高呈增大趋势，而在超临界区呈相反趋势。
　　超临界喷雾并非瞬时气化，而是被一个高度褶皱的表面分为稠密核区和稀薄扩散区；在喷雾出口出现马赫盘结构，表明超临界喷雾与可压缩气体高度欠膨胀射流具有相似性；随着喷雾温度的升高，稠密核区呈收缩趋势，稀薄扩散区呈大幅发展趋势，表明高温可促进超临界喷雾的气化进程；通过对比单孔和六孔的亚/超临界喷雾特性，发现现有喷油器并不适合超临界喷雾的发展，需要重新设计和优化新型超临界喷油器。
　　乙醇在低亚临界区域、亚临界区域和超临界区域的喷雾有较大差别。乙醇喷雾特性（喷雾贯穿距、面积和周长），在低亚临界区时，随着温度先缓慢增加，穿过亚临界区时大幅度下降，到超临界区时继续呈下降趋势；乙醇喷雾特性随着燃油压力的增加而进一步发展。
　　通过对比在不同工况下乙醇、正辛烷和E50三者的亚/超临界喷雾特性，发现在低亚临界区时，惯性力、粘性力等是影响喷雾发展的主要因素。在亚临界区时，燃油的过热度成为影响喷雾发展的主要因素。在超临界区时，三者的喷雾贯穿距和面积都随着温度的上升而呈下降趋势。此外，还发现在低亚临界区时，E50与正辛烷的喷雾特性保持一致，而在亚临界区之后，E50与乙醇的喷雾特性则高度相似。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2内燃机节能技术的发展

1.3超临界流体及其技术的应用

1.4研究内容与方案

第二章 实验装置及实验方法

2.1实验装置介绍

2.2 喷雾图像处理

2.3 喷雾参数定义

2.4混合物超临界点的估算

2.5喷雾实验研究方案

2.6 本章小结

第三章 汽油燃料的亚/超临界喷雾特性试验研究

3.1单孔亚/超临界喷雾的发展

3.2六孔的喷雾特性分析

3.3单孔和六孔的对比

3.4本章小结

第四章 醇类烷烃及其掺混物的亚/超临界喷雾特性试验研究

4.1燃料选取及物理性质

4.2纯组分的亚/超临界喷雾特性的研究

4.3乙醇与正辛烷混合的亚/超临界喷雾特性的研究

4.4本章小结

第五章 全文总结与工作展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢