基于激光干涉粒子成像的GDI闪沸喷雾特性实验研究

摘要

闪沸喷雾通过提高燃油的过热度使燃油在喷射过程中发生相变，在一定的过热度范围内，使喷雾贯穿距变短、喷雾锥角变大、燃油液滴粒径变小，从而促进燃油雾化并获得均匀混合气。因此，闪沸喷雾受到了国内外众多学者的关注。但闪沸喷雾的喷雾特性特别是微观行为尚不完全清楚。为揭示闪沸喷雾微观特性，本文利用激光干涉粒子成像技术（IPI）在定容弹内研究了汽油和正己烷在六孔喷油器上的喷雾粒径和速度分布特性，同时研究了正戊烷、正己烷和正庚烷在单孔喷油器上的喷雾粒径分布特性。
　　首先，采用六孔喷油器，研究了不同燃油温度和环境背压下的粒径分布，发现闪沸状态下汽油喷雾场的粒径分布比冷态喷雾更加均匀，粒径分布范围更窄。提高燃油温度和降低环境背压均能降低喷雾场的索特平均直径（SMD)。通过对比汽油与正己烷的喷雾粒径分布，发现正己烷在各实验工况下的粒径分布范围与喷雾SMD均比汽油小。
　　其次，通过对汽油在六孔喷油器下的喷雾速度场进行研究，发现燃油过热度是影响喷雾场速度分布的重要因素，在过热度相同时，喷雾的速度分布基本相同。在冷态喷雾、喷油压力10MPa时，喷雾尖端的粒子速度基本处在30-60m/s范围；过渡闪沸时，由于喷雾发生卷吸，喷雾尖端的粒子速度基本处在20-30m/s之间；剧烈闪沸时，喷雾发生塌缩，喷雾尖端速度超过90m/s的高速粒子明显增多。
　　在此基础上，通过对正己烷在不同喷油压力下的单孔喷雾粒径分布进行研究，发现在燃油温度较低时，提高喷油压力可减小喷雾粒子SMD值。在燃油温度为20℃时，将喷油压力从4MPa提高到10MPa，喷雾粒子SMD从21μm降低到17μm；而在燃油温度为80℃时，喷雾在4MPa喷油压力时便获得13μm左右的SMD值，并且不再随喷油压力的上升进一步下降。升高燃油温度能降低发动机对高压燃油喷射系统的依赖。
　　最后，在相同过热度下，通过对正戊烷、正己烷和正庚烷的单孔喷雾粒径分布进行研究，发现过热度是影响闪沸喷雾粒径分布的重要因素。闪沸状态下，当燃油过热度相同时，三种燃料的粒径分布规律与SMD值均基本相同。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 直喷汽油机节能减排的重要意义

1.2 闪沸喷雾

1.3 激光干涉粒子成像技术

1.4 本课题的研究内容及意义

第二章 定容弹光学诊断系统与实验方法

2.1 定容弹实验装置

2.2 激光干涉粒子成像测粒径法

2.3 本章小结

第三章 六孔闪沸喷雾微观特性实验研究

3.1 六孔闪沸喷雾微观特性实验方案设计

3.2 六孔闪沸喷雾微观特性实验结果及分析

3.3 本章小结

第四章 单孔闪沸喷雾粒径分布特性研究

4.1 单孔闪沸喷雾粒径测量实验条件

4.2 单孔闪沸喷雾粒径测量实验结果及分析

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

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