柴油机喷雾碰壁引燃进气预热特性研究

针对低温环境下重型柴油机的冷起动,提出了喷雾撞击热壁面引燃、回流稳焰的进气预热方案。基于自主设计搭建的预热实验装置,研究了不同风速、喷油落点、喷油策略下的温升和燃烧特性,并开展了CFD数值模拟。实验结果表明:着火和温升对喷油落点呈较强的敏感性,加热板存在最佳位置,风速10 m/s下的平均温升速率达到4.24℃/s。为了兼顾温升速率、燃烧效率和维护成本,高风速下须采取喷射周期为20~25 ms、喷射脉宽为1~3 ms的喷油策略。高速液滴撞击加热板表面后发生回弹和破碎,属于Leidenfrost破碎模式。模拟结果显示:扰流板形成了局部风速低于5 m/s的回流区,促进了蒸发和油气混合,有利于着火和火焰稳定;针对喷射频率合理匹配喷射量,本质上是调控燃烧持续期与喷射周期相适应,使燃油充分利用,提高温升和放热速率。

单孔和多孔喷雾近场形态的可视化研究

基于高速摄影数据,参考存在空气阻力时的斜抛运动轨迹方程对喷雾近场轮廓进行曲线拟合,对比了不同工况下多孔喷雾轮廓与同一位置单孔喷雾轮廓在近场相对位置关系.结果表明:对于常温、常压下的非闪沸正庚烷喷雾,多孔喷雾轮廓在单孔喷雾轮廓内侧;随着过热度的增加,多孔喷雾轮廓表现出向外扩展的趋势,过热度达到1附近时向外扩展程度达到最大;继续增大过热度时,多孔喷雾轮廓开始反向收缩.在极高的过热度下,多孔喷雾轮廓在单孔喷雾轮廓内侧.为解释试验现象,提出了多孔喷雾中心压力场类型模式图,并分析了压力场类型随过热度变化的演变模式.在多孔喷雾各油束中心区域,存在射流诱导低压区、挤压高压区和膨胀诱导低压区等若干类型的压力场.不同过热度下各类压力场大小、位置和强弱的变化是多孔喷雾轮廓与单孔喷雾在近场相对位置差异的主要原因.