曲轴箱内机油液滴撞壁飞溅的影响因素

在发动机曲轴箱内,机油液滴撞击固体表面后的飞溅现象对机油油雾的形成有重大影响.结合流体体积函数(VOF)和壁面润湿模型,运用局部网格瞬时加密技术,建立了机油液滴冲击润湿壁面的计算模型,并通过试验验证了模型的可靠性.结果表明:机油液滴的黏度、表面张力以及油膜厚度等因素均会对撞壁后的飞溅过程产生显著影响.黏度越大,飞溅产生的二次液滴就越少,但黏度对二次液滴群的索特平均直径(SMD)并没有显著影响;机油表面张力越大,产生的二次液滴就越少,且二次液滴群的SMD也会明显变大;壁面润湿的前提下,壁面油膜越厚,撞壁飞溅产生的二次液滴就越多,平均尺寸也越大.

高温高压下机油液滴蒸发特性的数值模拟

建立了高温高压环境下双组分单液滴的一维非稳态蒸发模型.该模型可描述气/液两相质量及能量平衡、液相传热传质和相变过程.使用所建立的液滴蒸发模型,以正二十四烷(C_(24)H_(50))和正三十烷(C_(30)H_(62))作为机油的表征组分,分析了双组分机油液滴蒸发过程中液滴温度和组分摩尔分数分布的变化趋势,并对比了相同环境条件下机油与异辛烷液滴的不同蒸发特性.在此基础上,研究了环境压力、环境温度和液滴初始半径对机油液滴寿命、液滴蒸发百分数、液滴温度和组分摩尔分数等的影响.结果表明:在高温高压环境下,机油液滴能够留存较长时间,形成缸内高温早燃源的可能性较大.

机油液滴诱发早燃的快速压缩机试验研究

早燃是在火花点火内燃机中的一种非正常燃烧现象,容易诱发超级爆震并破坏发动机。本文在快速压缩机中引入机油液滴,研究了机油液滴对异辛烷可燃混合气着火特性的影响,同步采集了压力数据和燃烧图像。试验结果表明,高温高压异辛烷可燃混合气中的机油液滴能够自燃并点燃周围混合气,其火焰传播特征与火花点火接近。采用3种市场常用发动机机油引入燃烧室均出现了自燃现象,提高压缩终点压力会使机油液滴的着火延迟时间缩短。

机油诱发增压汽油机早燃的多维模拟

低速大负荷工况下,高功率密度增压汽油机会产生一种由早燃引起的,破坏性极大的非正常燃烧现象——"超级爆震"。本文中采用CFD耦合化学反应动力学对一台增压热力学单缸汽油机中由机油液滴诱发的早燃进行了多维数值模拟。研究中采用离散液滴模型模拟了机油喷入燃烧室内与燃油空气混合气发生混合的物理过程,采用一种简化的化学反应机理(包含十六烷、异辛烷)模拟了机油/燃油/空气混合气在燃烧室内的化学反应过程。模拟结果与台架试验结果一致,说明模拟可以预测发动机中的早燃现象。结果表明,机油液滴的引入会促使增压汽油机发生早燃现象。随着机油喷射时刻的推迟,机油的蒸发量增加,可燃混合气发生早燃的时刻提前。

增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展

增压直喷是实现汽油机节能的有效手段,而超级爆震是进一步提高功率密度的主要障碍。超级爆震和早燃是两种不同的燃烧现象。超级爆震是高功率密度内燃机中的一种强烈的敲缸现象,常发生在低速、大负荷工况,具有随机性、偶发性和破坏性。早燃是火花点火内燃机中点火前出现着火的异常燃烧现象。早燃不一定导致超级爆震,但超级爆震前一定发生了早燃。抑制超级爆震的一条重要途径是杜绝早燃。早燃的诱发源主要有机油液滴和颗粒物。燃油和机油的组分与物理化学性质对超级爆震发生频次也有着重要影响。

增压直喷乙醇-汽油发动机超级爆震模拟

采用在压缩行程上止点前向燃烧室内直接喷入一定量机油液滴,模拟了悬浮在燃烧室内的机油液滴引燃可燃混合气诱发低速早燃(LSPI)现象的过程.试验验证了选用的计算模型及计算方法的可行性后,数值模拟了不同低速运转条件下、不同乙醇掺混比(体积分数)的乙醇-汽油混合燃料时,小缸径增压直喷发动机燃烧室内由机油液滴引发的低速早燃现象以及后续的超级爆震过程.结果表明:乙醇掺混比分别为10%和20%(E10、E20)时,发动机缸内依次发生了超级爆震燃烧;当乙醇掺混比为30%(E30)时,即使发生了早燃现象(1200 r/min)并导致随后的爆震燃烧,但压力升高幅度明显降低,此时没有发生超级爆震燃烧;随着发动机转速提高(1600 r/min),使用E30燃料时发动机缸内也仅发生了早燃现象,而没有发生爆震燃烧;当乙醇掺混比高于50%(E50)后,不同工况条件下发动机缸内已经没有低速早燃现象.使用乙醇-汽油混合燃料的小缸径增压直喷发动机在超级爆震发生前一定有低速早燃现象发生,但低速早燃现象不一定导致超级爆震过程.