王炳浩[1]2004年在《柴油机涡流喷嘴的探索研究》文中提出在柴油机中，混合气的形成是一个很重要的过程，而喷油过程中燃料雾化质量的好坏直接决定着混合气形成的质量，进而决定着燃烧及发动机的性能。在现有的车用直喷式柴油机中，人们采用了诸如高压喷射、引导喷射等措施来改善雾化，但有关实心喷射、触壁等问题仍没有很好地解决。其它领域的研究和应用已经证明，涡流喷嘴的喷雾贯穿度小，雾化能力好于目前所广泛应用的直射喷嘴，基于此，本研究尝试将涡流喷嘴的应用引入柴油机，并对其可行性进行了探讨论证。 研究中采用计算流体力学的方法，探讨分析了在柴油机工作环境下，喷嘴实现涡流空心锥喷射的可能性及各种因素的影响。 由于研究目的的特殊性，目前柴油喷雾模拟计算中公认的欧拉—拉格朗日法不适合于本研究。论文中首先就目前常用的计算模型进行了分析，选择了更适用于本计算目的的模型方法。 研究过程中探讨了喷嘴直径、喷嘴长度、涡流腔形状、喷嘴进口和出口有无圆角、涡流腔内有无针阀和针阀有无突起、喷射压力，背压等因素对涡流喷嘴的喷射特性，如贯穿度、喷雾锥角及速度场、压力场等产生的影响。 从模拟结果来看，由于柴油粘度较大，使得油束的整体性较强，不容易向四周扩散，不利于涡流空心锥的形成。但在特定结构的喷嘴上，当涡流动量达到一定的强度，并且有与之相适应的喷射环境时，柴油实现涡流喷射是可能的。 论文最后分析了计算的创新和不足之处，指出了进一步工作的方向。
王炳浩, 魏建勤, 许沧粟[2]2004年在《在柴油机上应用涡流喷嘴的探索》文中研究表明通过对涡流喷嘴的特点和应用现状的分析,探讨在柴油机上运用涡流喷嘴会对柴油机动力性、燃油经济性和废气排放性能等方面产生的影响。提出了实现涡流喷嘴在柴油机上应用的实际困难及所要做的工作。
刘涛涛[3]2011年在《斯特林发动机可视化喷雾及燃烧实验研究》文中研究指明斯特林发动机具备出色的高效低排放特性,特别是其振动噪声小,能源适应性广,具有广阔的应用前景。本文试验研究了斯特林发动机燃料雾化性能及燃烧情况。搭建了斯特林发动机喷雾试验台架,燃烧实验台架,研究了斯特林发动机用压力涡流喷嘴的喷雾特性,燃料物性对喷雾特性的影响,二甲醚在压力涡流喷嘴中的喷雾特性;研究了气流引射对斯特林发动机喷雾特性的影响;研究了斯特林发动机燃烧火焰的影响因素;应用双色CCD法研究了斯特林发动机内燃烧场分布情况。本文的主要研究工作可以归纳为以下叁个方面:(1)斯特林发动机压力涡流喷嘴喷雾特性试验研究通过添加剂对流体物理性质的改变,研究表面张力,粘度对压力涡流喷嘴喷雾宏观特性的影响。通过改变二甲醚与柴油的比对喷雾实验,研究二甲醚对压力涡流喷嘴喷雾特性的影响。结果表明:①表面张力对喷雾锥角的影响很小,在各种工况下,高粘度的液体的喷雾锥角明显降低。②相同燃油流量,柴油所需的喷油压力明显高于二甲醚。③高背压下,二甲醚的喷雾形态和柴油的喷雾形态大致相同;低背压下,二甲醚的喷雾形态窄瘦,柴油喷雾形态饱满。④相比柴油,二甲醚的粒径分布更加均匀,喷油压力对二甲醚的粒径分布的影响很小。(2)斯特林发动机的气体引射与油气混合试验研究应用高速摄像技术研究有无气体引射下喷雾形态的异同。应用激光测粒技术研究有无气体引射对喷雾微观特性的影响。结果表明:①相比无气体引射时的喷雾形态,有气体引射时,广泛存在的孕育期滴液现象完全消失,稳定喷雾的形成期明显变短,喷雾液滴扩散范围变大。②相比无气体引射时的喷雾粒径分布,有气体引射时,喷雾粒径的分布更加集中。③相比无气体引射,有气体引射时,不同的空间位置点的索特平均直径总体上增大,但相互间的差异有所减小。(3)斯特林发动机的燃烧可视化实验研究应用高速摄像机研究斯特林发动机着火情况,火焰结构;应用双色CCD法对模拟燃烧室温度场进行研究。结果表明:①对于斯特林发动机,只有在喷油压力足够大,进气量比较小时,才能形成稳定的火焰。②火焰本身具有一定的旋转。火焰长度随着引射空气量的增加而变短。③无空气引射时,火焰温度的最高区域出现在火焰的外围,有空气引射下火焰的最高区域出现在燃烧室的中间,火焰的高温区域增加,平均温度升高。本研究工作为了解斯特林发动机的燃气混合状况,优化斯特林发动机的燃烧与性能做出了大量有益的工作,具有良好的理论价值及工程应用价值。
胡怀礼[4]2009年在《斯特林发动机喷雾特性试验研究》文中提出斯特林发动机具备出色的高效低排放特性,特别是其振动噪声小,能源适应性广,具有广阔的应用前景。在国家自然科学基金的资助下(资助号50776083),本文试验研究了斯特林发动机喷雾的宏观与微观特性。搭建了喷雾试验台架,采用压力涡流喷嘴,在燃烧室背压条件下标定喷射压力和燃油流量关系的基础上,研究了斯特林发动机的喷雾特性,并系统研究了燃油流量、环境气体压力、背景介质、喷嘴结构参数以及燃料的物性对斯特林发动机喷雾特性的影响。本文的主要研究工作可以归纳为以下叁个方面:(1)喷雾宏观特性研究采用高速摄影技术比较研究了不同条件下斯特林发动机的喷雾发展过程,并分析了燃油流量、燃烧室背压、环境气体、喷嘴参数以及燃料物性参数对斯特林发动机喷雾宏观特性的影响。结果表明:①随着流量的增大,贯穿距离和喷雾锥角都增大;②随着燃烧室背压加大,喷雾的贯穿距离增大,喷雾锥角减小,当背压大到一定程度后,它对喷雾锥角的影响程度降低;③燃烧室内气体密度增大会导致喷雾锥角缩小,等效压力下,喷雾的贯穿距离和喷雾锥角变化不大;④相同流量工况下,W-2喷嘴喷雾的贯穿距离比W-1喷嘴喷雾要大,喷雾锥角更小;⑤在相同喷嘴、背压和燃油流量的条件下,低粘度的燃料具有更大的喷雾锥角和较小的喷雾贯穿距离。(2)喷雾微观粒径的FAM测量与分析采用FAM激光测粒技术比较并分析了燃油流量、燃烧室背压、环境气体、喷嘴参数和燃料物性参数对斯特林发动机喷雾微观粒径特性的影响,并测量分析了空间不同位置喷雾平均粒径的分布。结果表明:①随着流量的增大,喷雾的粒径分布更集中,同时喷雾索特平均直径也减小;②随着燃烧室背压加大,喷雾的粒径分布更集中,索特平均直径也减小;③相同背压下,分子量小的环境气体,喷雾的粒径分布更集中,但平均粒径大,分子量大的气体,喷雾的粒径分布范围宽,但平均粒径小;④W-2喷嘴使得喷雾粒径分布集中,索特平均直径比W-1喷嘴的要小;⑤高粘度的燃料喷雾粒径随着燃油流量的增大而减小,而低粘度的燃料喷雾粒径会随着燃油流量的增大而略微增大,在高背压情况下,二甲醚的喷雾粒径急剧增大,并随着燃油流量的增大而减小;⑥在整个喷雾结构中,越靠近喷嘴的地方,喷雾粒径分布值越集中,索特平均直径越小。(3)喷雾微观流场的PIV测量与分析采用PIV粒子测速技术比较并分析了燃油流量、燃烧室背压,喷嘴参数对斯特林发动机喷雾微观流动特性的影响。结果表明:①随着流量的增大,喷雾粒子运动的平均速度增大,雾化区域相对更加集中在燃烧室的上部分区域;②喷雾粒子靠着中心轴附近的速度高,外围的速度低,速度场基本对称的基础上向一侧(右侧)偏移,流量增大到一定量后,速度场的对称性要好于低流量时;③背压提升会使喷雾中粒子的运动速度减慢;④采用W-2喷嘴时,喷雾中粒子的运动速度要明显高于W-1喷嘴的喷雾,而且喷雾中粒子的速度分布较W-1喷雾更均匀。本研究工作在各种环境背压下展开,为了解斯特林发动机的燃气混合状况,以及进一步优化斯特林发动机的燃烧与性能做出了大量有益的工作,具有良好的理论价值及工程应用价值。
李辉[5]2010年在《自激振荡脉冲射流喷嘴雾化特性理论分析与实验研究》文中认为液体射流雾化是自然界普遍存在的现象,在各工程领域中也有着极为广泛的应用。喷嘴是实现射流雾化的主要元件,随着科学技术的迅猛发展,各种型式的喷嘴相继问世,但许多结构复杂,生产加工难度大,或者需要附加外部辅助装置,其发展和应用空间无疑会受到很大的限制。为了改善液体射流的雾化质量,一种重要的方法是提高液体喷射的系统压力,但这种措施在改善液体雾化质量的同时也会附带产生一些新的问题,如系统可靠性的降低及成本的提高等。针对这种情况,本文提出利用自激振荡脉冲射流喷嘴来改善射流雾化质量的设想,该喷嘴结构简单。同时建立了射流雾化实验系统,探讨了系统压力对射流外部雾化特征参数的影响规律,并与传统的连续射流喷嘴。涡流喷嘴的雾化效果进行了对比。本文探讨了液体射流的雾化机理和自激振荡脉冲射流的基本理论。分析了影响射流雾化的各种因素和作用原理,以及如何获得更好的压力振荡使液体射流达到更好的雾化效果。通过实验研究射流外部雾化特征参数(雾化距离。雾化锥角。雾化细度)随系统压力的变化规律,在相同的系统压力下,涡流喷嘴的雾化锥角最大,但是自激振荡脉冲射流喷嘴的雾化距离最长,雾化细度最小。实验结果表明,在同等条件下,自激振荡脉冲射流喷嘴具有最佳的雾化效果。
许斯都, 段家修, 刘坦, 刘文胜[6]1997年在《柴油机混合气形成条件对瞬态火焰温度和碳烟质量浓度影响的研究》文中研究表明进气涡流强度、喷嘴的喷孔直径与个数、喷油压力等直接影响直喷式柴油机燃烧室内混合气形成与燃烧过程的进行，从而影响柴油机的动力性、燃油经济性和碳烟排放。作者用同步光导纤维四色法测量系统，研究了进气涡流、喷孔直径和个数对燃烧过程中火焰温度和碳烟浓度的影响。本文介绍的是所进行的研究工作和得到的结果。
刘云岗[7]2006年在《径流式涡轮喷嘴环低流损函数叶片设计方法研究》文中提出增压技术是内燃机技术的重要发展方向。近几年，能源和环境问题日益严峻，而增压技术在提高功率、节省油耗、降低排气污染等方面有显着效果，因而使其在各种机型的内燃机上得到广泛的应用，对增压器的研究也越来越受到重视。提高增压器的能量转换效率是增压器研究的重要内容。理论研究表明，在其他条件不变情况下，喷嘴速度系数比叶轮速度系数对涡轮轮周效率的影响大得多，喷嘴速度系数如增加1％，涡轮轮周效率将增加1.5～2％；而叶轮速度系数增加1％，涡轮轮周效率只增加0.1～0.2％。因此，降低喷嘴中的流动损失、提高其能量转换效率，是提高涡轮效率进而提高涡轮增压器总效率的重要途径。本文即是通过蜗壳及喷嘴流场的数值计算和分析，对有叶喷嘴的叶片提出一种低流损、高效率的函数型线的设计方法开展的研究。 增压器涡轮蜗壳中的气体流动是可压缩的叁维粘性流动，由于蜗壳结构复杂，对其进行详细的分析计算非常困难，以往的计算多是进行了较大的简化或人为的假定，如将叁维简化成两维，将可压缩简化成不可压缩，将粘性简化成非粘性等。其数值计算方法可以采用有限差分法、有限元法、有限体积法等方法。 本文将蜗壳及有叶喷嘴的流通区域进行合成建模，对其进行了叁维、可压缩、粘性流动的数值模拟。对SJ135增压器的涡轮蜗壳及有叶喷嘴环用Pro／E进行了流通区域建模，用AVL公司的FIRE软件对建立的流通区域进行了网格划分。利用FIRE软件根据CFD基本方程和K-ε双方程模型采用有限体积法对其进行了三维可压缩粘性流场数值计算。计算中采用的是等压出口边界条件。通过计算，得到了流通区域压力场、温度场、速度场的模拟结果。计算结果直观地反映了蜗壳及有叶喷嘴内的流动情况，在流通通道过渡处或急弯处，以及喷嘴叶片进口端部，均有气流的滞止；在两腔的交汇处和喷嘴叶片的出口端则有局部涡流；喷嘴出口气流速度不均匀；这些现象都会造成能量转换损失，可以作为改进蜗壳和喷嘴的依据。 对利用Fire软件计算具有涡漩特征的蜗壳流场的可行性进行了试验研究。对解剖开的SJ146—03J涡轮增压器的无叶蜗壳的中心截面进行了压力场
周小力[8]2013年在《斯特林发动机燃烧与排放特性试验研究》文中指出斯特林发动机是一种外部供热(或燃烧)的闭循环活塞发动机,其理论循环热效率高、排放清洁、振动噪声小、能源适应性广,在民用和军事领域具有广阔的应用前景。本文采用高速摄影技术和热电偶测温技术等对斯特林发动机在不同工况下的燃烧特性进行了实验研究,主要研究内容包括:一、火焰特征试验研究在原有斯特发动机常压燃烧试验台的基础上,搭建了用于调节引射气氧浓度的气路系统,采用高速摄影技术分别在敞口和闭口条件下对比研究引射空气中不同氧气浓度和过量空气系数对火焰稳定性、长度、RGB特征、传播速度及锥角的影响,实验发现:①随着氧气浓度的提高,火焰的稳定性及火焰传播速度提高,燃烧火焰长度变短,火焰变得更明亮,且柴油火焰亮度比乙醇大,在有引射气的作用下,氧浓度对火焰张角及燃烧方式的影响较小;②随着空燃比的增加,总体上斯特林发动机火焰长度、亮度逐步减小,张角增大,火焰稳定性提高;③当过量空气系数处于φa<1和φa>1两个区间内时,随着空燃比增加,斯特林发动机火焰特征变化较小;当过量空气系数接近1,随着空燃比增加,火焰长度、张角和亮度变化极为明显。二、燃烧温度测量采用高温热电偶技术测量燃烧室内的温度分布,分别在敞口和闭口条件下分析氧气的浓度和过量空气系数对燃烧室轴线温度分布、径向温度分布以及中心截面温度场的影响,结果表明:①随着引射空气中氧气浓度的提高,燃烧室总体温度上升,高温区域都处于喷嘴附近,高温区域面积减小,靠近燃烧室中心区域的轴向和径向温度梯度增加,靠近燃烧室壁和顶部的径向和轴向温度梯度变化不大;②随着燃烧室过量空气系数增大,燃烧室温度降低,高温区域面积增大且都处于喷嘴附近,靠近喷嘴区域的轴向和径向温度梯度均减小,靠近燃烧室壁面轴向和径向温度梯度增大。叁、排放特性研究采用尾气分析技术研究了不同进气流量、不同氧浓度以及过量空气系数对斯特发动机主要污染物(CO,HC,NOX)排放的影响,实验发现:①在氧含量足够或过剩的情况下,引射气量的提高会增加CO的排放,适量的引射气会降低HC排放,过量的引射气将导致HC排放升高,NOX排放随着引射气量的增加先增大后降低;②随着引射气中氧体积分数的加大,CO和HC排放降低,NOX排放增长;③当过量空气系数从φa<1增加至φa>1,CO排放先降低后略微增加,HC排放先降低后增加,NOX逐步降低。本文研究了斯特林发动机在敞口和闭口实验条件下的燃烧与排放特性,试验结果为优化斯特林发动机的性能奠定了实验基础。
侯亚帮[9]2012年在《甲醇喷雾特性与裂解特性研究》文中研究指明近年来随着我国汽车产业的快速发展，石油资源对外依存度的持续攀升，内燃机的发展面临着巨大的机遇和挑战。寻找高效、清洁、来源广泛的替代燃料成为解决这一困局的主要途径。在我国，甲醇由于来源广泛，辛烷值高，抗爆震，易降解，含氧量高，燃烧过程需要的空气较少，燃烧充分，燃烧速度快，持续期短，有效提高内燃机的热效率；且燃烧生成产物主要是H_2O和CO_2，污染小，显着改善发动机的排放。因此，甲醇作为替代燃料受到广泛关注，大量的科研工作者投入精力对甲醇在发动机上的应用开展了深入的研究。本研究正是在这样的背景下，通过研究甲醇的喷雾特性和裂解特性，为甲醇今后在发动机上的广泛应用奠定基础。本研究设计制作定容燃烧弹和甲醇加热裂解装置。利用定容燃烧弹完成了甲醇喷油器的流量特性试验，随后利用PIV激光测试技术、图像处理技术和AVL-Fire仿真模拟计算技术，研究了甲醇喷雾特性；利用气相色谱仪技术对甲醇在不同催化剂作用下的加热裂解成分进行了定量分析。研究结果表明：甲醇喷油器的射流质量流量与背压的关系符合伯努利方程的变化趋势，当背压0.3MPa与喷射压力相同时，质量流量趋于某一定值，喷射无法正常进行。喷雾试验和仿真结果表明：背压对喷雾贯穿距离影响明显，温度影响较小；背压和温度对甲醇蒸发量影响较为复杂，背压0MPa时，温度变化对甲醇蒸发量影响较小，背压0.2MPa和0.3MPa时，温度升高甲醇蒸发量明显增加；温度20℃时，背压升高甲醇蒸发量明显减少，温度60℃时，背压变化对甲醇蒸发量影响很小；背压和温度对喷雾SMD影响明显。甲醇裂解特性试验表明：甲醇经过加热催化后气相色谱仪检测到的气体成分是：H_2、CO、CH_4、水蒸气和甲醇蒸汽，甲醇裂解率峰值随催化剂改变而呈现不同规律，甲醇在不同催化剂作用下被催化前后的温度存在较大差别。
魏胜利[10]2009年在《直喷式柴油机涡流室燃烧系统的研究》文中进行了进一步梳理小型高速柴油机长期以来在我国农村经济的发展中发挥着至关重要的作用。随着能源与环保问题日益严峻,非道路用压燃式发动机的排放标准也应运而生。而涡流室式柴油机由于其在排放与噪声方面的优势,在农用机中占有的比重在扩大。尽快开发面向“叁农”的经济适用、环保节能的新型柴油机已成为内燃机工作者的迫切任务。本文结合直喷式和涡流燃烧室柴油机的优点,创造性地提出了一种新型的直喷式柴油机涡流室燃烧系统(DISCCS:Direct-Injection Swirl Chamber Combustion System)。即：在直喷式柴油机的活塞上设置涡流燃烧室,活塞中央大凸台导向面与喉口导向面形成涡流室通道,处于通道下方的凹坑成为涡流室。压缩行程中,活塞顶上方产生的挤流由相对狭窄的通道进入涡流室,在其内形成有规律的纵向涡流运动；而喷雾的一部分或全部与燃烧室壁相碰撞,二次雾化后,进入涡流室,与空气快速混合；着火后,涡流室内压力升高,使得燃烧火焰与部分未燃混合气冲出涡流室,在其上部空间与空气再次混合充分燃烧。这样既保持了涡流室柴油机排放低的优点,又因为减少了气缸盖的传热损失,而有较高的热效率。针对所提出的新型燃烧系统,本文开展了如下研究工作：(1)应用叁维CFD软件FIRE 2008对不同方案的燃烧室中喷雾分布、混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟研究。结果表明：涡流燃烧室中央凸台大小、通道宽度对燃烧和排放有较大影响。气流强度并非越强越好,而是对排放存在最优值。适当的气流强度能改善混合气形成质量,过强的气流会导致混合气分布不均匀。(2)比较了不同孔数油嘴及油嘴伸出缸盖长度对混合气形成及燃烧的影响。在涡流燃烧室中,采用4×0.36×140°油嘴的性能总体要好于6×0.30×140°油嘴。4×0.36×140°油嘴伸出长度为1.8mm的性能要好于伸出长度为2.8mm、3.8mm的油嘴。减少油嘴伸出长度,增加了喷雾扩散范围,使燃烧室内的空气得到充分利用,提高了油气混合质量,从而降低了碳烟排放。(3)在单缸135柴油机上,对直喷式涡流室燃烧系统进行了发动机性能实验。在采用4×0.36×130°油嘴,供油提前角Ofs=8°CA BTDC情况下,在10%-25%、75%-90%负荷工况时,NOx与碳烟排放均低于原机。涡流室燃烧系统出现了较为明显的双峰放热率特征。放热第一率峰值低于原机,燃烧中期,在燃烧涡流及逆挤流作用下,其第二峰值高于原机。(4)为了研究新的燃烧系统在增压下的性能,开发了模拟增压系统。利用螺杆式空压机出来的压缩空气引入进气道,以提高进气密度。在不同增压压力下,采用原机燃烧室与涡流燃烧室进行了性能实验。实验发现,模拟增压可同时降低NOx与碳烟排放,并改善燃油经济性。在压力为1.8bar,采用6×0.3×150°油嘴,θfs=8°A BTDC情况下,原机燃烧室在90%负荷油耗为223.1g/kW·h(降低了16%),此时NOx为219ppm(降低了81%),Soot为0.2BSU(降低了64%)。由于压气机出来的气体温度高于环境温度15°左右,相当于提高了进气温度,从而缩短了滞燃期。(5)废气再循环是一种低成本的降低NOx排放技术。为此开发了并联文丘里管废气再循环系统。利用文丘里管引入废气与增压进气进行混合。采用涡流燃烧室进行了性能实验,结果发现：EGR可以明显降低NOx排放,但会使Soot增加。有EGR时,使滞燃期延长,缸内最高压力的对应曲轴转角后移,并导致放热率第一峰值升高。
参考文献：
[1]. 柴油机涡流喷嘴的探索研究[D]. 王炳浩. 浙江大学. 2004
[2]. 在柴油机上应用涡流喷嘴的探索[J]. 王炳浩, 魏建勤, 许沧粟. 内燃机工程. 2004
[3]. 斯特林发动机可视化喷雾及燃烧实验研究[D]. 刘涛涛. 上海交通大学. 2011
[4]. 斯特林发动机喷雾特性试验研究[D]. 胡怀礼. 上海交通大学. 2009
[5]. 自激振荡脉冲射流喷嘴雾化特性理论分析与实验研究[D]. 李辉. 湖南工业大学. 2010
[6]. 柴油机混合气形成条件对瞬态火焰温度和碳烟质量浓度影响的研究[J]. 许斯都, 段家修, 刘坦, 刘文胜. 内燃机学报. 1997
[7]. 径流式涡轮喷嘴环低流损函数叶片设计方法研究[D]. 刘云岗. 山东大学. 2006
[8]. 斯特林发动机燃烧与排放特性试验研究[D]. 周小力. 上海交通大学. 2013
[9]. 甲醇喷雾特性与裂解特性研究[D]. 侯亚帮. 天津大学. 2012
[10]. 直喷式柴油机涡流室燃烧系统的研究[D]. 魏胜利. 大连理工大学. 2009