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不同燃料喷雾特性试验研究及仿真分析
发布日期:2024-10-22 16:03    点击次数:112
随着汽车保有量的不断增长,环境污染问题和能源消耗问题日渐突出,作为污染源之一的汽车尾气,也愈加受到人们的重视。随着内燃机排放法规和燃油耗法规的日渐严格,使得从源头同时改善尾气排放和提高燃油经济性成为国内外各学者的研究重点之一。柴油机因为动力性、经济性、耐久性等方面的优势在各个领域应用广泛,但其高温扩散的燃烧模式,喷雾与空气的混合时间短,前期混合气形成很不均匀,混合气边混合边燃烧,使其氮氧化物及碳烟排放较高,并且两者之间此消彼长。油气混合过程的完善程度直接决定混合气燃烧过程,从而决定柴油机的动力性、经济性和排放性。燃油喷雾特性是影响缸内混合气形成的关键因素之一,因此研究燃料喷射、雾化和蒸发过程,对加速缸内油气混合形成较为均匀混合气,优化燃烧过程、降低排放物生成具有重要意义。添加含氧燃料是当前解决柴油机中NOx和碳烟两者此消彼长问题的有效方法之一。而柴油与含氧燃料形成的混合燃料的密度、粘度等理化特性由于含氧燃料的参入发生了很大的变化,其喷雾特性也表现出了新的特点,所以本文以丁醇和DMC(Dimethyl Carbonate,碳酸二甲酯)两种含氧燃料为例,结合含氧燃料的理化特性使用试验与仿真手段结合的方法研究分析了柴油及不同含氧混合燃料的喷雾特性及其差异。本文采用自行设计开发的可视化定容器喷雾测试系统,来实现不同燃料喷雾特性的光学测量。同时应用AVL-Fire软件建立了喷雾CFD仿真模型,对试验方案进行完善和对不易测量的喷雾特性参数进行补充。结果表明:喷雾贯穿距随喷油压力的提高、喷孔直径增大及环境密度的减小均有所增加;相同条件下,柴油与B30燃料的贯穿距发展曲线几乎重合,D30燃料贯穿距较长,主要是加入DMC后使燃料密度增大初始油束动量加大,但是随着喷油压力的增大不同燃料贯穿距方面的差距逐渐减小。喷雾近远场锥角随喷孔直径的增加均变大,喷孔直径的变化对近远场锥角前期的影响尤为明显,与近场锥角相比对远场锥角受到的影响更大;近场锥角随喷油压力的提升变化较小,110MPa比50MPa时近场锥角增大了2~3°,远场锥角变化较大,喷雾发展前期110MPa较50MPa远场锥角增大了6~8°,稳定后差值在4°左右;喷雾锥角随环境密度的提升而增大;不同燃料间对比,B30及D30燃料的喷雾锥角均大于柴油的喷雾锥角,但随着喷油压力的提升使得由于燃料理化特性不同造成的喷雾锥角的差异减小。对于同一种燃料,SMD SMD(Sauter Mean Diameter,索特平均直径)随着喷射压力的增加或喷孔直径的减小均有所减小;随着丁醇掺混比的增加SMD逐渐降低,说明丁醇的参入使燃油的雾化质量有所改善。不同燃料喷雾速度场均是由内到外速度逐渐变小,随着喷油压力增大或环境密度的减小,速度场高速区域面积变大,油束整体速度提高;随着环境温度的提升,高速区域面积减小;随着丁醇掺混比的增加混合燃料的油束中心高速区域面积有所减小。不同燃料喷雾液相浓度场随着喷油压力的提高或环境密度的减小高浓度区域面积及其占比均有所下降;随着环境温度的提升高浓度区域明显减小甚至消失,并且喷油后期更加明显;对比不同燃料浓度场可以看到,B30及B45燃料的油束中心高浓度区域面积小于纯柴油,说明丁醇的参入有利于混合气的形成。

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