《X射線相襯成像技術研究柴油機噴嘴近場初級霧化機理》是依託浙江大學，由許滄粟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：X射線相襯成像技術研究柴油機噴嘴近場初級霧化機理
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：許滄粟
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用上海光源X射線成像及生物醫學套用光束線站的第三代同步輻射光源，採用X射線同軸相位襯度成像技術，建立由柴油機高壓共軌噴油系統、單孔電控噴油嘴、可調壓的定容彈組成的柴油機噴霧X射線同軸相襯成像系統，該系統可以模擬柴油機噴霧的工作條件：噴射壓力(60-110MPa)、背壓(4-8MPa)、介質溫度(298K)、燃油溫度(298K)。研究不同噴油嘴噴孔形狀(R型、S型噴孔)、不同噴孔直徑(0.17mm、0.25mm)、不同噴孔內壁粗糙度、不同噴孔長徑比(2-10)條件下,噴嘴向靜止介質（氮氣、壓力為4-8MPa）中噴霧時，噴油嘴近場噴霧油束破碎分裂的初級霧化過程；研究Re數、We數和氣液密度比Q值對初級霧化的影響，探索柴油機噴霧初級霧化的霧化機理，尋找促進霧化混合的機理和方法，從而為提高柴油機的燃燒效率，降低有害物的排放提供新思路和理論依據。
結題摘要
項目利用X光相位成像技術研究柴油機噴霧近場的初級霧化機理，為此，課題組設計了64種不同結構尺寸（噴孔直徑、長徑比、入口圓弧）的噴油嘴，研究不同的噴射條件下，噴孔的幾何特徵尺寸對噴霧近場的初級霧化的影響。為進一步研究噴孔內空穴對噴霧霧化的影響，設計了可視化的二維噴孔，研究噴孔內不同的流態對噴霧霧化機理的影響。 為精確測量噴孔內部尺寸，利用上海光源(SSRF)的第三代同步輻射光源，拍攝了噴油嘴內部圖像結構，可清晰地觀測到包括壓力室在內的噴孔內部結構，精確地測量噴孔的結構尺寸。 2010年課題組申請到三次機時，在上海光源X射線成像及生物醫學套用光束線站(BL13W1)開展噴霧過程的拍攝，試驗發現光源的光強只有美國阿貢實驗室的1/1000，不能實現噴霧過程的超快成像。當時，與上海光源線站負責人討論的結果是：BL13W1線站由單色光改建成白光線站，光強提高1000倍（美國阿貢實驗室用的就是白光），估計2012年上半年可以建成。2011年上半年上海光源二期線站建設計畫啟動，取消了改造白光線站的計畫。但二期線站建設中列入了超快線站建設計畫，2015年可以投入使用。 與此同時，我們開展了理論建模的研究。首先套用CFD軟體Fluent對孔內柴油流態及噴霧過程進行了模擬研究，研究噴霧貫穿距離、噴霧錐角、SMD等參數隨不同背壓、入射壓力、不同長徑比的變化規律，模擬計算結果與相關文獻資料的結論吻合。 其次開展了噴孔內流態對噴霧的影響研究，模擬計算了單相流（無空穴現象）、空穴流、超空穴流噴孔內流動現象。設計製備了可視化的二維噴孔，利用2012年申請到的上海光源機時，實驗拍攝得到噴孔內三種不同流態的穩態圖像，雖然不能得到空穴發生壯大的發展過程（上海光源不能超快成像），但足以證明模擬計算的正確性。 接著開展了柴油的物性參數（表面張力、粘度、密度、飽和蒸汽壓）和四個無量綱數（空化數、雷諾數、韋伯數和Ohnesorge數）隨溫度的變化規律研究，進一步研究物性參數對噴霧的影響。 模擬計算表明：空穴發生之前，柴油溫度升高使柴油粘度降低從而使孔內流動速度增大；空穴流發生之後，柴油溫度對於孔內流體速度的影響主要體現在空穴的發展程度上，柴油粘度影響相對變為次要。空穴的發展減小了液相的流動面積從而引起孔內流體速度增大；超空穴流發生之後，柴油溫度對於孔內流動的影響很小。
