《高壓瞬態噴射誘導激波特性及其對近場噴霧的作用機理》是依託清華大學，由李雁飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高壓瞬態噴射誘導激波特性及其對近場噴霧的作用機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李雁飛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
柴油機噴射壓力的提高導致部分噴霧過程產生激波，傳統的噴霧模型已不能完全適應現代內燃機的需要。本研究擬圍繞高壓柴油近場噴霧過程來展開，利用現有的相位都卜勒雷射測試技術（PDPA）、高速顯微攝影等可視化技術，著重研究高壓瞬態噴射誘導激波特性及其對近場噴霧過程的影響。探索噴射誘導激波的形成條件並分析其特徵，包括發生位置，發生時刻，持續時間，馬赫數，激波波形的演變，脫體時刻和脫體長度等參數，並分析噴嘴出口速度與激波出現時刻和位置的內在關係；研究不同邊界條件下激波和近場噴霧貫穿距離的演化過程，以期探索噴射誘導激波對噴霧貫穿特性的影響規律；分析噴霧和激波分界面處油滴的顯微結構，以及激波存在下的噴霧粒徑和速度分布，解析激波對破碎過程的作用機理。本研究是對高壓噴射中的新現象的基礎性研究，同時也對現代內燃機噴霧擴散過程的最佳化組織有一定指導意義。
結題摘要
隨著柴油機高壓共軌技術的套用，柴油噴射壓力逐漸提高，從而導致在噴霧過程中出現激波，該項目即以此噴霧誘導激波為背景展開。主要研究內容包括噴射壓力和環境壓力對激波強度的影響及其激波對噴霧過程的影響，同時也對激波不存在的情況下的噴霧過程進行了比較。研究結果表明，激波的產生在噴霧前鋒面以及噴霧上游均會產生；利用CO2和N2分別作為環境氣體來研究氣體壓縮性對噴霧過程的影響。在等氣體密度的前提下，隨著噴射壓力的升高，不同氣體下的貫穿距離變化趨勢發生了逆轉。在60MPa噴射壓力條件下，CO2作為環境氣體下的貫穿距離高於N2下的貫穿距離，當噴射壓力提高至100以及120MPa時，兩者的貫穿距離相當，而在150MPa時，貫穿距離明顯低於N2氛圍下的貫穿速率。這說明，隨著噴射壓力的增加，氣體的前鋒面速度逐漸增加，當超過一定馬赫數時，噴霧貫穿過程中的阻力係數會驟然增加，從而導致貫穿速率的下降。該結果表明：在目前柴油機噴射壓力逐漸提高的背景下，噴霧分析和建模需要考慮到氣體的可壓縮性，能量交換以及氣體卷吸作用。另外，項目同時利用對噴霧的近場區域的噴霧發展過程進行了高時間精度的捕捉，結果表明：在初始階段，噴霧前鋒面出現了明顯的加速過程。而整個噴霧過程可以根據噴霧前鋒面到達最大速度的時刻（tpeak）分為兩階段。通過與廣安博之提出的破碎時間（tbreakup）比對，證明了tpeak是一個更為有效的區分噴霧發展過程的方式；通過對不同燃油近場噴霧特性的比對，進一步發現殘餘燃油和新鮮燃油的相互作用（與燃油物性有關）對近場噴霧過程油會很大的影響；利用相位都卜勒粒子測試儀測試了不同背壓和噴射壓力下的油滴直徑，結果發現：油滴直徑隨噴射壓力增大而降低，隨背壓增大而減小。通過對數據的進一步挖掘，表明：高噴射壓力對霧化的改善主要是在於對油滴直徑一致性的提高；作者試圖利用CFD來解析噴霧過程氣體壓縮性對噴霧的影響，但未取得理想結果，模型及格線精度需要進一步改進。通過此項目的開展，對噴射誘導激波以及近場噴霧特性有了更進一步的認識，其對噴霧過程的建模以及高速射流與氣體相互作用過程提供了有力的數據支撐。
