柴油喷雾近场初次破碎微观特性可视化试验研究.pdf

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1、第4期(总第213期)车用发动机No．4(SerialNo．213)2014年8月VEHICLEENGINEAug．2014柴油喷雾近场初次破碎微观特性可视化试验研究王铮昊，王谦，何志霞，吴玉强(江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江212ol3)摘要：利用电控高压共轨系统对单孔喷油器近喷孔区微观喷雾特性及表面波形成和发展过程进行了可视化研究和探索。采用激光诊断技术、显微技术与高速摄影技术结合的新方法，得到了放大12倍的近喷孔区4mm内微观喷雾场图像，以及近喷孔区表面波和丝状油滴的生成及发展过程图像。基于Matlab软件对图像进行后

2、处理，得到了清晰的近场喷雾轮廓，在此基础上获得了表面波形态。试验结果表明：压力升高液滴分布更加均匀，初始表面波生成更靠近喷孔出El'；表面波波长和振幅没有明显函数关系，但其各自增长有一定的规律性；通过背光法试验研究发现，压力较低时，出口油束边缘整齐，未发生雾化破碎。随着压力升高，油束出喷孔整齐段逐渐减小直至消失，表明喷射压力对燃油初次破碎以及液核表面波生成和发展有重要影响。关键词：柴油机；燃油雾化；可视化；表面波；初次破碎DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2014．04．009中图分类号：TK421．4文献

3、标志码：B文章编号：1001—2222(2014)04—0043—06高压喷射的燃油经过一系列破碎雾化过程变为流特性的影响，诸如湍流强度、空穴和速度场。文献微小尺度液滴，增加了燃油与空气的作用面积，从而E4]在此基础上提出湍流扰动、空气动力和喷孔内部促进燃油的快速蒸发并在短时间内形成可燃混合的空化现象是造成高压柴油喷射初次破碎的3个基气。液滴的破碎、雾化、喷雾锥角、粒径大小、粒径分本因素。布、喷雾贯穿距等喷雾特性影响着燃烧室内混合气文献[5]利用长焦显微技术对油束不同区域外形成，进而影响柴油机的性能。因此，深入理解雾化围液滴大小及

4、分布进行了拍摄。结果表明，近喷孔机理对研究柴油机设计、燃烧和排放控制十分重要。区域燃油主要以稠密带状液丝形态存在。试验获得迄今国内外学者提出了大量的射流雾化模型。了喷束表面波结构，但无法获得被稠密液滴包围的首先，燃油喷雾场可分为稠密区和稀薄区l1。稠密未扰液核的结构。文献E611,l用高亮度x射线技术区是指近喷孔区(一般距喷孔4mm范围内)的喷雾对单孔喷油器近喷孔区域进行了试验，发现随压力场，该区域内的液滴间距很小，液滴间相互作用不能升高近喷孔区油束有从层流到湍流的发展过程，并被忽略。由于稠密区内未扰液核被外围液滴所包且随着喷射压

5、力增大，层流区域逐渐减小直至无法围，目前基于光学原理的试验无法获得其详细结构，识别。但是此试验并没有阐明喷油压力对喷雾场粒但是未扰液核结构直接关系到射流初始表面波结构子浓度的影响。及其增长特性。射流离开喷孔后就存在黏着力和破近几年激光诊断技术已成为内燃机领域研究喷碎力的竞争，由黏着力和分裂力竞争产生的扰动会雾、燃烧过程组分浓度及火焰结构的重要工具_7]。发生增长并最终导致液体射流发生分裂雾化，这一由于传统光源配合高速数码相机无法获得近喷孔区过程被称为初次雾化。初次雾化形成的液滴会进一清晰的微观喷雾场图像，因此为了解雾化机理，探究步

6、破碎成更小的液滴，这一过程称为二次雾化。研喷雾表面波的产生机理及增长特性，本研究将现代究指出，近喷孑L区初次雾化特性将决定喷雾下游雾激光诊断技术应用到喷雾场微观试验中来，用Mat—化程度_2_。文献E3J指出，油束初次破碎受到喷孔内lab图像处理工具对微观喷雾场图片进行数字图像收稿日期：2013-08—30；修回日期：2014-06—04基金项目：国家自然科学基金项目(51276084，51176066)；江苏省科技支撑(工业)计划(BE2010198)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(2010)作者简介：王铮昊(1989一)，

7、男，硕士，研究方向为发动机喷雾燃烧过程；zhenghaow@163．corn．。车用发动机2014年第4期处理⋯，获得了清晰的近喷孔区表面波轮廓曲线，研2000s不同时刻的近喷孔区域的喷雾场形态。究了喷雾表面波及近喷孔区织状油滴的形成和发展及其对初次雾化的影响，结合背光法拍摄，研究了共轨喷射压力对燃油喷雾粒子浓度及近喷孔射流边界层的影响规律。1试验设备与试验方法本试验将现代激光诊断技术应用到微观喷雾场可视化试验中，利用PIV激光脉冲光源配合显微镜图1激光法微观可视化系统头和高速CCD相机来研究近喷孔区域柴油雾化特性和表面波发展规律

8、。试验设备主要由高压共轨柴油喷射系统、光学系统以及图像采集系统组成。本次试验通过开展对无蒸发柴油近喷孔区域自由喷雾特性的观测来探究初次雾化机理。采用YAG激光直接照射法和背光法两种高射摄影拍摄方案，相互补充来研究燃油初次破碎过程。PIv技术作为瞬态