復(fù)合激光誘導(dǎo)熒光定量標定技術(shù)及其對柴油噴霧特性研究的應(yīng)用.pdf

1、低溫燃燒概念給出了實現(xiàn)內(nèi)燃機高效、低污染的新途徑,是目前國際內(nèi)燃機界研究的熱點。但是在柴油機上實現(xiàn)低溫燃燒仍有許多理論和技術(shù)上的難題。全歷程加速油氣混合,提高噴霧和環(huán)境氣體之間的混合速率是實現(xiàn)低溫燃燒,控制燃燒速度和始點的重要技術(shù)手段之一。本文應(yīng)用復(fù)合激光誘導(dǎo)熒光技術(shù),以MULINBUMP-HCCI復(fù)合燃燒系統(tǒng)為研究對象,通過光學(xué)測量噴霧氣相、液相圖像、獲得噴霧特性信息的方法,開展柴油噴霧基礎(chǔ)理論及其控制技術(shù)的研究,為全歷程加速油氣混合

2、提出控制方法和策略手段。
　　 為了研究蒸發(fā)噴霧的噴霧特性,模擬發(fā)動機中的高溫、高壓環(huán)境,本研究設(shè)計開發(fā)了定容燃燒彈實驗裝置,并建立起一套圍繞定容燃燒彈開展的復(fù)合激光誘導(dǎo)熒光實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實現(xiàn)柴油噴霧氣相、液相濃度場的同時測量;定容燃燒彈最高爆發(fā)壓力14Mpa、最高模擬溫度可達1200K;還開發(fā)了一套脈動燃油噴射系統(tǒng),通過大小活塞面積比為7.5∶1或10.5∶1的增壓裝置,可實現(xiàn)高壓燃油噴射;另外還開發(fā)了實驗信號控制系統(tǒng),可

3、以實現(xiàn)噴油、點火、激光、拍攝、充氣等多項工作的信號協(xié)同處理。
　　 研究中應(yīng)用復(fù)合激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)建立起了熒光強度和熒光物質(zhì)濃度間定量標定的研究方法,獲得柴油噴霧氣相、液相濃度量化數(shù)值,并針對影響定量標定的各種控制參數(shù)和影響因素開展了量化研究。實驗中,研究了氣相熒光強度和熒光物質(zhì)濃度間系數(shù)Kvapor隨環(huán)境條件變化的情況,并發(fā)現(xiàn),系數(shù)Kvapor隨環(huán)境壓力升高而降低,高環(huán)境溫度下這種效果更為明顯,系數(shù)Kvapor下降趨勢更快;環(huán)

4、境氣體成分的變化對系數(shù)Kvapor并沒有明顯影響;環(huán)境溫度升高使得系數(shù)Kvapor呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,600K左右是拐點位置。最終,根據(jù)實驗結(jié)果建立了系數(shù)Kvapor的受環(huán)境溫度和環(huán)境壓力影響的三維Map圖,并應(yīng)用其獲得噴霧氣相當量比濃度數(shù)值和液相濃度數(shù)值的定量結(jié)果。
　　 在改變噴射控制參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的噴霧特性研究中,應(yīng)用定量標定的實驗結(jié)果深入開展了噴油壓力、噴孔孔徑、環(huán)境壓力、環(huán)境密度和環(huán)境溫度對噴霧各個特性參數(shù)影響的實

5、驗研究。研究中發(fā)現(xiàn),提高噴射壓力能提高了噴霧動能,加速液相噴霧的破碎、促進液相蒸發(fā)形成氣相噴霧,提高噴霧貫穿速率,有利于較均勻的噴霧的形成;小孔徑的噴油嘴,由于較短的貫穿距離和噴霧錐角,減弱了噴霧和空氣的混合條件、降低了擴散速率,但另一方面,小孔徑噴油嘴又促進了噴霧的破碎和蒸發(fā),使得氣相噴霧分布均勻程度明顯提高,高濃區(qū)域濃度值下降;環(huán)境密度高的條件下噴霧的貫穿距離明顯減小,這樣雖然導(dǎo)致噴霧的擴散速率降低,但由于單位體積內(nèi)氣體量的大幅增加

6、,加快了環(huán)境氣體和噴霧之間的互相作用,更容易形成氣相,分布也更為均勻:環(huán)境溫度對噴霧的蒸發(fā)速率起到關(guān)鍵作用,液相噴霧貫穿距離隨溫度升高而減小,噴霧錐角變大,同時,氣相最大當量比出現(xiàn)時間提前,這些說明環(huán)境溫度升高,加速了環(huán)境氣體和噴霧間的熱交換,提高了噴霧的蒸發(fā)速率,最終促進氣相快速形成。
　　 在光學(xué)發(fā)動機實驗中發(fā)現(xiàn),BUMP燃燒室限流沿能剝離撞壁噴霧,形成空間二次射流,加速了噴霧和空氣間的混合,這種效果在噴油壓力提高的條件下,