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多孔喷油器闪急沸腾喷雾坍塌影响因素的仿真分析

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吉林大学学报（工学版） 2023年第12期53卷 3314-3325页

作者：解方喜赵士杰王梓森刘爽李小平张程吉林大学汽车工程学院长春130022 一汽-大众汽车有限责任公司长春130011 中国第一汽车集团有限公司研发总院新能源开发院动力总成开发部长春130013

使用Converge仿真软件对喷雾坍塌现象进行了研究并分析其原因,通过改变喷孔数目、环境压力、温度、油束喷射方向以及相邻喷孔径向间距等条件研究了喷雾坍塌程度的影响因素。结果表明:随着燃料温度的升高,发生闪沸现象的程度更加猛烈,喷... 详细信息

使用Converge仿真软件对喷雾坍塌现象进行了研究并分析其原因,通过改变喷孔数目、环境压力、温度、油束喷射方向以及相邻喷孔径向间距等条件研究了喷雾坍塌程度的影响因素。结果表明:随着燃料温度的升高,发生闪沸现象的程度更加猛烈,喷雾锥角和喷雾宽度逐渐增大,喷雾中心难以与外部气体进行交换,使得喷雾中心的低压状况难以改善,油束在压力差作用下向中间聚拢,最终演变成喷雾坍塌现象。通过改变环境压力和温度可以发现:在适当提高环境压力后,喷雾坍塌现象会变得剧烈,而提高环境温度对喷雾坍塌程度并没有明显影响;通过改变喷孔数目、油束方向以及喷孔径向间距等手段改变油束间距对喷雾坍塌程度有较为明显的影响。

关键词：喷雾特性闪急沸腾喷雾坍塌数值模拟

高背压闪急沸腾条件下GDI喷油器喷雾特性的试验

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内燃机学报 2020年第6期38卷 490-496页

作者：战超唐志涛张景宇李雁飞帅石金烟台大学机电汽车工程学院山东烟台264005 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

在定容燃烧弹内利用高速摄影技术研究了5孔喷油器在不同油温和背压条件下的喷雾特性,采用的燃料为正己烷,燃料温度范围为130~220℃,背压范围为0.08~0.90 MPa.结果表明:在低于大气压环境下,正己烷喷雾的各油束向喷油器的轴线位置偏移,聚... 详细信息

在定容燃烧弹内利用高速摄影技术研究了5孔喷油器在不同油温和背压条件下的喷雾特性,采用的燃料为正己烷,燃料温度范围为130~220℃,背压范围为0.08~0.90 MPa.结果表明:在低于大气压环境下,正己烷喷雾的各油束向喷油器的轴线位置偏移,聚拢成一个油束,喷雾发生坍塌;而在高背压闪急沸腾条件下观察正己烷的喷雾形态,可以看到单独油束,喷雾坍塌减弱,并且随油温的增加喷雾宽度逐渐变宽,这是由于高背压闪急沸腾环境下产生的大量蒸气抵消了高速射流运动引起的低压区,同时也进一步证实了高速射流运动引起的低压区不能完全解释低背压闪急沸腾环境下的喷雾坍塌.在背压为0.10~0.30 MPa下存在一个背压阈值,当背压低于阈值时,喷雾宽度随背压的增加而减小;而背压高于阈值时,喷雾宽度随背压的增加呈增长趋势.

关键词：汽油缸内直喷喷油器高背压闪急沸腾喷雾坍塌

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闪沸喷雾的研究现状与展望

过程工程学报 2024年第3期24卷 273-283页

作者：高健洪润董文龙许年楚化强安徽工业大学能源与环境学院安徽马鞍山243002

通常将高温燃油进行喷射至低压环境中时发生的急速沸腾现象称为闪急沸腾(简称为闪沸),合理地利用闪沸现象可以有效改善燃油喷雾的雾化效果、提高发动机效率。本综述总结了闪沸喷雾的相关理论,简要介绍了部分常用于观测闪沸喷雾的可视化... 详细信息

通常将高温燃油进行喷射至低压环境中时发生的急速沸腾现象称为闪急沸腾(简称为闪沸),合理地利用闪沸现象可以有效改善燃油喷雾的雾化效果、提高发动机效率。本综述总结了闪沸喷雾的相关理论,简要介绍了部分常用于观测闪沸喷雾的可视化技术。对比了不同燃料的闪沸喷雾的研究,归纳了不同燃料特性对闪沸喷雾的影响,总结了多组分燃料的闪沸喷雾特性;通过对非闪沸喷雾与闪沸喷雾研究现状进行对比,归纳了非闪沸与闪沸喷雾的坍塌机理与喷雾坍塌的影响因素。提出了闪沸喷雾可行的研究方向:多组分燃料的闪沸喷雾特性研究、闪沸喷雾坍塌机理研究以及抑制闪沸喷雾坍塌的研究。要点:(1)详细评价了目前关于非闪沸与闪沸喷雾坍塌机理的研究进展。(2)总结了不同燃料物性对闪沸喷雾的影响。(3)提出了多个可行且具有一定潜力的闪沸喷雾研究方向。

关键词：闪沸喷雾非闪沸喷雾喷雾特性喷雾坍塌可视化技术

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不同比例双沸点燃料闪沸喷雾特性研究

不同比例双沸点燃料闪沸喷雾特性研究

作者：程似骐上海交通大学

学位级别：硕士

随着增压发动机的大规模应用,发动机进气压力在不断提高,因此低压环境下喷雾闪沸的实现方式面临挑战,迫切需要寻找一种较高背压下依然能够实现喷雾闪沸的方式。本文以异戊烷与十一烷作为基准燃油调配了4种不同比例混合燃油,进行了纯油... 详细信息

随着增压发动机的大规模应用,发动机进气压力在不断提高,因此低压环境下喷雾闪沸的实现方式面临挑战,迫切需要寻找一种较高背压下依然能够实现喷雾闪沸的方式。本文以异戊烷与十一烷作为基准燃油调配了4种不同比例混合燃油,进行了纯油品与混合燃油蒸馏特性测试和混合燃油液体和过热射流的闪沸特性研究,揭示混合燃油闪沸的机理。研究结果表明混合燃油蒸馏曲线是一根蒸发百分数随着蒸发温度不断变化的三段式曲线.当低沸点燃油比例上升时,平均挥发性增加。混合燃油受热时其中的低沸点燃油组分先于高沸点燃油组分蒸发;通过蒸发机理研究表明单孔喷雾低沸点燃油蒸发主要发生在喷雾的侧面,引起喷雾的膨胀。喷雾的贯穿距则主要由高沸点燃油控制。探究了不同影响因素下低沸点燃油对于喷雾闪沸的促进作用,油温越高、背压越低,添加低沸点燃油的促进作用越强烈。通过不同背压下不同组分燃油的喷雾测试表明,添加低沸点燃油是能够实现高背压下喷雾闪沸的有效途径。低沸点燃油对于多孔喷雾的闪沸促进作用除了加速燃油液体蒸发以外,主要是通过加强燃油间的相互作用,形成喷嘴下方负压区,加强坍塌效果来体现。

关键词：缸内直喷闪沸喷雾蒸馏特性过热度喷雾坍塌混合燃油

基于可视化的缸内直喷汽油机喷雾油束间相互作用的试验研究

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基于可视化的缸内直喷汽油机喷雾油束间相互作用的试验研究

作者：李钦伟烟台大学

学位级别：硕士

环境污染日益严重,石油能源日益短缺,排放法规不断加严都对缸内直喷汽油机(GDI-gasoline direct injection engine)提出了更高的要求。对于多孔GDI喷油器,多个油束之间会发生相互作用进而相互聚拢发生喷雾坍塌现象。喷雾发生坍塌后会改... 详细信息

环境污染日益严重,石油能源日益短缺,排放法规不断加严都对缸内直喷汽油机(GDI-gasoline direct injection engine)提出了更高的要求。对于多孔GDI喷油器,多个油束之间会发生相互作用进而相互聚拢发生喷雾坍塌现象。喷雾发生坍塌后会改变燃油在气缸内的空间分布,影响混合气的形成质量,进而影响发动机的燃烧和排放,因此需要对缸内直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性进入深入研究。本课题围绕喷雾油束间相互作用的影响因素和作用机理两个方面展开研究,分析了环境因素对多孔GDI喷雾特性的影响并对多孔GDI喷雾油束之间相互作用机理进行解析。在非闪沸条件下,研究了燃油温度、背压和背景气密度对喷雾宽度和喷雾贯穿距离的影响,总结了非闪沸条件下多孔GDI喷雾油束间相互作用机理,并据此对喷雾坍塌程度的变化规律做出解释。研究结果表明:燃油温度的变化对喷雾宽度和喷雾贯穿距离的影响较小;增加背压和背景气密度会增强喷雾油束间相互作用,使得喷雾坍塌加重,同时背压和背景气密度的增加会使喷雾发展所受的阻力增加,贯穿距离减小;非闪沸条件下的喷雾坍塌可以用射流诱导相互作用来解释,而影响射流诱导相互作用的关键因素是背景气密度的大小。在闪沸条件下,研究了燃油温度、背压和背景气密度对喷雾宽度和喷雾贯穿距离的影响,探索了闪沸条件下的多孔喷雾油束间相互作用机理,并总结出射流诱导相互作用对喷雾坍塌的贡献。研究结果表明:增加燃油温度和降低背压会使得燃油过热,在距离喷嘴较近的地方由于气泡的爆炸会使得喷雾宽度增加;随着燃油温度的增加或者背压的减小,喷雾宽度整体呈下降趋势,喷雾坍塌加重;当燃油过热度相同时,随着背景气密度的增加,喷雾坍塌加重,说明在闪沸条件下燃油喷射过程中存在射流诱导相互作用;在背压较低的He环境中,此时背景气密度极低,多孔GDI喷雾依然坍塌成为单一整体的油束,说明射流诱导相互作用不是造成闪沸条件下喷雾坍塌的本质原因,但射流诱导相互作用对闪沸条件下的喷雾坍塌起积极作用。

关键词：缸内直喷汽油机多孔GDI喷雾喷雾坍塌油束间相互作用

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直喷汽油机多孔喷雾油束间相互作用解析

直喷汽油机多孔喷雾油束间相互作用解析

作者：赵子杰烟台大学

学位级别：硕士

闪急沸腾（闪沸）是一种提高液体雾化质量的方式,但在缸内直喷（GDI）发动机实际应用中多孔闪沸喷雾可能发生坍塌现象,导致缸内燃料空间分布发生改变并引发一系列负面影响。因此,本课题围绕多孔闪沸喷雾的坍塌过程以及油束间相互作用机... 详细信息

闪急沸腾（闪沸）是一种提高液体雾化质量的方式,但在缸内直喷（GDI）发动机实际应用中多孔闪沸喷雾可能发生坍塌现象,导致缸内燃料空间分布发生改变并引发一系列负面影响。因此,本课题围绕多孔闪沸喷雾的坍塌过程以及油束间相互作用机理展开研究,以加深对多孔喷雾坍塌现象的理解。在闪沸喷雾坍塌过程方面,在多视角下观察了宽喷雾锥角五孔喷油器的喷雾行为。在正面视图下,随过热度升高（油温升高/背压降低）喷雾坍塌增强;而相近过热度中,随背压升高喷雾因受到的扩散阻力增大其形貌尺寸更小燃料分布更为集中。在底面视图下,随过热度升高,距离最近的两油束率先坍塌,随后其他油束参与坍塌,最终喷雾完全坍塌,即多孔喷雾坍塌是有序的。进一步观察喷雾时序发展过程发现,上述有序坍塌是在喷射初期两两相邻油束间完成,且初期相邻油束合并形成的新油束在随后喷雾发展过程中由于卷吸作用在远场会进一步吸引其他油束,但该作用对坍塌而言是有限的。上述结果表明发生在喷射初期近喷口区域相邻油束间的相互作用是诱发坍塌的主要原因,且上述有序坍塌过程证明了喷孔布置调控坍塌的可行性。为进一步了解相邻油束间相互作用机理,对两孔喷油器进行了宽工况范围的喷雾试验。结果表明在闪沸与非闪沸下喷雾均发生坍塌,但非闪沸坍塌与随油温升高/背压降低而增强的闪沸坍塌不同,其随背压降低而减弱且油温超过70℃后逐渐不再坍塌。此外观察不同热力学条件下的喷雾坍塌过程发现,相比于喷射初期完成的闪沸坍塌,非闪沸坍塌在喷射过程中逐渐完成。非闪沸坍塌归因于射流卷吸低压区,然而其在喷射过程中逐渐完成的现象以及高温不坍塌的特征表明射流卷吸低压区形成需要一定时间且其会被高温燃料蒸发产生的大量蒸汽所填充。这进一步说明了该机理不适用于解释初期迅速完成且具有更强蒸发的闪沸喷雾坍塌。而随后的纹影试验结果表明,高过热度闪沸喷雾出口处存在欠膨胀激波,结合前人研究认为欠膨胀的出现及其激波交互是高过热度闪沸喷雾坍塌更本质的原因。

关键词：闪急沸腾喷雾坍塌欠膨胀射流卷吸激波