直喷汽油机高温/超临界喷雾特性及液滴速度及粒径的试验研究

作     者：张岩 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：裴毅强

授予年度：2017年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：缸内直喷 闪急沸腾 超临界喷雾 塌缩会聚 

摘      要：缸内直喷汽油机(GDI)由于喷雾雾化等原因,存在颗粒物排放过高的缺陷而将燃料以高温状态或超临界状态喷射到汽缸内有潜力进一步提高汽油机热效率,降低颗粒物排放。本文主要研究单孔和多孔喷油器高温/超临界状态喷雾特性,在超临界喷雾装置上进行了汽油和正庚烷喷雾试验,利用高速相机获得了其喷雾图像,利用PDA设备获得了汽油喷雾液滴速度和粒径。研究表明:随着燃油温度的上升,喷雾破碎模式从初次和二次破碎为主(25℃至88℃)逐渐过渡到出口膨胀的闪沸状态(88℃至261℃),最后到超临界喷射状态。汽油单孔喷雾贯穿距先随着燃油温度的升高逐渐减小,燃油温度达到261℃以后,贯穿距随着燃油温度的升高逐渐增大。而锥角则是先增大,261℃以后再减小。汽油多孔喷雾达到闪沸以后出现喷雾塌缩会聚。贯穿距先随着燃油温度的增加而减小,173℃以后塌缩会聚发生,贯穿距转而增加。燃油温度261℃之前,随着燃油温度的增加,多孔喷雾贯穿距先减小后增大然后又减小,而单孔喷雾贯穿距一直减小。261℃以后,燃油达到超临界喷射状态,单孔和多孔喷雾的贯穿距均随着燃油温度的增加而增加。PDA测量方法不适用超临界状态下的汽油;喷雾液滴速度随着温度的升高先增加后明显降低。喷雾液滴粒径随温度升高明显减小。喷雾液滴在低于88℃,很容易出现大液滴(d70μm),而高温时,大液滴生成困难,几乎不存在大液滴。燃油温度增加时,正庚烷多孔喷雾经历‘枫叶形’,‘伞形’,‘纺锤形’三种形态。多孔喷雾的塌缩会聚使得喷雾形态为‘纺锤形’,塌缩会聚现象同环境压力、环境温度、燃油温度以及喷油器结构有关。燃油温度和环境温度提高会促进喷雾塌缩会聚,环境压力增加会抑制喷雾的塌缩会聚。同一种喷雾形态下,环境温度增加,贯穿距减小;所有喷雾形态下,环境压力增加,贯穿距减小。当喷雾形状呈现‘伞形’或‘枫叶形’时,其贯穿距随着燃油温度增加而逐渐减小,直至达到超临界喷射状态。‘纺锤形’时,贯穿距随着燃油温度的升高而增加,部分工况在较高的燃油温度时,会出现贯穿距略有降低的情况。燃油温度升高,正庚烷达到超临界喷射状态时,其贯穿距有明显增加。