基于PLIEF技术两次喷射柴油喷雾结构和特性的定量研究

论文摘要

低温燃烧概念是实现内燃机高效、低污染燃烧的新途径，对于柴油机而言，喷雾喷射、雾化、蒸发、卷吸过程是影响整个燃烧过程的重要环节。本文设计开发了复合激光诱导荧光测试系统，在定容燃烧弹内可模拟1100K环境温度和60kg/m3环境密度的喷雾环境，可实现对气、液相柴油喷雾浓度场和气相温度场的定量研究。本文使用复合激光诱导荧光技术在定容燃烧弹内定量研究了单次和两次喷射时喷雾发展过程，并在此基础上研究环境密度对喷雾结构和特性的影响。根据喷雾结构参数特性，以及燃油喷射率、液滴蒸发率和环境气体卷吸率之间的关系，可以把喷雾的发展过程分成三个阶段。喷雾发展初期，喷雾气液相同时产生并一起向前贯穿，此时液滴蒸发较慢，气相当量比小于2；喷雾发展中期，液滴蒸发速率逐渐增加，液相贯穿达到最大贯穿距离时，蒸发速率与燃油喷射速率达到动态平衡，而液滴蒸发在气相喷雾内部形成大量当量比大于2的过浓混合气，环境气体还来不及稀释；喷雾充分发展期，液相稳定在最大贯穿距离处，气相继续贯穿，环境气体对喷雾气相的稀释作用显著，当量比大于2的过浓混合气质量分数逐渐下降。喷雾发展过程中，气液相喷雾浓度场和气相温度场表现出明显的分层现象。喷雾浓度由喷雾外围到内层从0逐渐增大到最大值，气相喷雾温度由喷雾外围到内层从环境气体平均温度逐渐下降到最低值。将喷雾分两次喷射时，每次喷射的燃油量较少，蒸发形成的气相也少，两次喷射之间的停喷阶段为油气充分混合提供充足时间。因而采用两次喷射可有效降低当量比大于2的过浓混合气的质量分数，提高当量比小于1的稀混合气的质量分数，这样有利于减少燃烧过程中soot的生成量。环境密度对喷雾的破碎、雾化和气液相贯穿有很大影响。提高环境密度可以促进喷雾沿径向的发展，喷雾头部体积变大；可减小气液相贯穿距离，减少或避免燃油湿壁；可加快喷雾发展，改善充分发展阶段气相喷雾头部均匀性；可提高液滴蒸发速率，使过浓混合气燃油质量分数峰值出现的时刻提前，为后期喷雾混合提供充足时间。但环境密度过高，喷雾贯穿距离太短，严重限制油气混合及环境气体的充分利用。因此，提高增压度必须考虑喷雾贯穿与燃烧室的配合。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 柴油喷雾研究的意义
• 1.3 柴油喷雾特性的研究
• 1.3.1 柴油喷雾破碎机理的研究
• 1.3.2 柴油喷雾特性的研究
• 1.3.3 喷雾结构的研究
• 1.4 本文研究内容及意义
• 第二章 试验原理和设备
• 2.1 复合激光诱导荧光技术原理
• 2.1.1 荧光与荧光原理
• 2.1.2 复合激光诱导荧光技术原理
• 2.1.3 荧光物质和激光的选择
• 2.2 复合激光诱导荧光试验系统
• 2.2.1 光路系统
• 2.2.2 定容燃烧弹系统
• 2.2.3 单次高压燃油喷射系统
• 2.2.4 控制和采集系统
• 2.2.5 均相混合气发生器
• 2.3 本章小结
• 第三章 复合激光诱导荧光定量标定原理
• 3.1 气相荧光系数 Kv的标定
• 3.1.1 气相荧光系数 Kv的标定原理
• 3.1.2 气相荧光系数 Kv的标定过程
• 3.1.3 气相荧光系数 Kv的标定结果
• 3.2 气相喷雾浓度场和温度场的标定
• 3.3 气相当量比的计算
• 3.4 液相喷雾浓度场的标定
• 3.5 标定后温度场对喷雾气液相浓度场的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 两次喷射喷雾特性的研究
• 4.1 试验参数的设定
• 4.2 单次喷射喷雾特性
• 4.2.1 试验准备
• 4.2.2 单次喷射喷雾发展过程
• 4.2.3 喷雾结构参数定义
• 4.3 两次喷射喷雾特性
• 4.4 环境密度对喷雾特性的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢