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1、启喷压力对柴油雾化质量的影响第4期2011年8月内燃机InternalCombustionEnginesNo.4Aug.2011瘟臻匿耘瓣紫渣霉诒蕊鼍鳆黪响:夸鼹龙;王撩平建强(长安大学-汽车学院,陕西西安710064)摘要:使用马尔文激光粒度仪研究了喷嘴的启喷压力对柴油雾化质量的影响.结果表明,随启喷压力的增大,喷雾液滴的索特平均直径D,:和德布鲁克平均直径D,均减小,累积体积分布曲线向左偏移,到达某一累积体积的液滴直径减小,液滴的相对尺寸范围和发散边界均呈减小的趋势.这说明随启喷压力的增大,大颗粒液滴有所减少,小颗粒的液滴增多,雾化质量有明显地改善.关键词:喷雾;柴油;试验研究中图分类号:
2、TK401文献标识码:A文章编号:10006494(2011)04002403AnalysisonDieselEngineSprayQualityofInjectionPressureLIMinglong,WANGZhenping,CAOJianming(AutomobileFaculty,ChanganUniversity,Xian710064,China)Abstract:ThechangeofsprayqualityofdieselwasstudybyMalvernspraytec.Withtheincreaseofinjectionpressure,itcouldbeseenthatt
3、heSautermeandiameterD32andtheDeBrouckeremeandiameterD43weredecrease,thecurveofthedropletsizevolumedistributionandthecurveofthedropletcumulatevolumedistributionweremovetoleft,thediameterofthedropletthatreachedacertaincumulativevolumedecreased,therelativesizerangeanddivergentboundarywerealsodecrease.I
4、tisindicatedthatwiththedecreaseoftheinjectionpressure,thenumberoflargerdropsdecreased,andthenumberofsmallerdropsincreased,sprayqualitywasimprovedevidently.Keywords:spray;diesel;experimentalstudy0前言据最新统计数据,2010年我国汽车产量达到1826.47万辆,销量达到1806.19万辆,蝉联全球产销第一国.这表明我国的汽车工业发展迅速,但同时也为环境保护带来了巨大的压力.因此,积极探索有利于降低汽车排
5、气污染,提高燃烧效率的喷雾特性试验研究具有很大的意义.喷雾是指将液体经由喷射设备射入到气体介质当中,使之分散且碎裂成小颗粒液滴的过程.目前,发动机主要是以燃料的化学能作为动力源.作为燃烧过程的前奏,喷雾质量的好坏对燃烧效率的高低有很大的影响J.燃料雾化质量的好坏其评价指标有液滴的平均作者简介:李明龙(1982一),男,青海湟中人,硕士研究生,研究方向为内燃机工作过程.收稿日期:20110302直径,特征直径和液滴尺寸的发散度等J.目前较为先进的测试技术主要有激光多普勒法,高速摄影法和马尔文法等.我们使用马尔文激光粒度仪,在单次喷射试验台上,建立了泵一管一嘴燃油供给系统,用改变低惯量单孔喷嘴启喷
6、压力的方法探索了启喷压力对纯柴油喷雾质量的影响,并对其雾化质量进行了分析.1喷雾特性试验我们选用孔径为0.315mm,启喷压力为20MPa的低惯量单孔喷嘴,并使用两个启喷压力分别为23MPa和24MPa的调压垫片对启喷压力进行调整,分别就三种启喷压力下纯柴油的喷雾情况进行了对比试验,以模拟柴油机的喷雾情况.单次喷射试验台的原理图见图1.先对启喷压力为20MPa时的雾化情况进行试验,再使用专用工具更换喷油器的调压垫片,并利用单次喷油泵实现单次喷射.试验开始时,启动马尔文激光粒度仪,使第4期李明龙等:启喷压力对柴油雾化质量的影响用软件对各个参数进行设置,如光学参数,喷雾参数以及对光方式等.我们选用
7、自动对光方式,处于激光接收端的扇形衍射器全部打开,喷嘴距离激光束30cm.另外,由于多重衍射的缘故,为提高测量的准确性,因此将喷嘴置于靠近激光接收端的一侧.图2为使用马尔文激光粒度仪测试得到的液滴的体积分布曲线和累积体积分布曲线.l()()嬖50口噩骺0图1单次喷射试验台/一2U.【儿J/,15.OO_一10.O05.00液滴直径/m图2测试结果2试验结果及分析2.1雾化液滴的平均直径假设有一个喷雾场,其中液滴尺寸完全均匀一致,然后以这个假设的喷雾场来代替实际不均匀的喷雾场,这个假想的喷雾场中的液滴直径即为平均直径.所获得的各启喷压力的平均直径见表1.表1各启喷压力的平均直径表1中D,为索特平
8、均直径,D为德布鲁克平均直径.从表中可以看出,随喷嘴启喷压力的增大,喷雾液滴的索特平均直径D和德布鲁克平均直径D均减小.这表明,随喷孔直径的减小,液滴的平均直径向小颗粒方向偏移,改善了雾化质量.2.2雾化液滴的尺寸体积分布三种孔径的喷嘴其各自的液滴尺寸的体积分布曲线见图3,累积体积分布曲线见图4.图3体积分布曲线图4累积体积分布由图3可以看出,三条曲线的趋势大致相同,均为先上升至峰值,然后下降直至平缓.随启喷压力的增大,曲线的峰值向左移动,亦即向小颗粒方向移动,说明雾化质量变好.同时,三条曲线均有先急后缓的趋势,说明小颗粒液滴所占体积较大,大颗粒液滴所占体积较小.三条曲线中,大于70Ixm的液
9、滴所占的体积均小于2%,可知大于7Om的液滴很少.另外,随启喷压力的增大,曲线的峰值点所占的体积分数亦增大,这也说明随启喷压力的增大,小颗粒液滴所占的比例增大.由图4可以看出,随启喷压力的增大,累积体积分布曲线向左偏移,到达某一累积体积的液滴的直径减小,这说明大颗粒液滴随喷孔直径的减小有所减少,雾化质量有所改善.2.3雾化液滴的特征直径和发散度特征直径指液滴分布曲线中某一直径之前所有液滴体积占全部液滴总体积的百分比.文中的特征直径均由马尔文激光粒度仪测试所得,特征直径见表2.由液滴的特征直径可得出液滴的发散程度.液滴的发散程度通常用相对尺寸范围和发散边界来表示.?26?内燃机表2液滴喷雾的特征
10、直径相对尺寸范围反映了液滴相对于质量中值直径D的发散程度.其定义为:Do9一Do.1一发散边界反映了最大直径液滴的发散程度.其定义为:相对尺寸范围和发散边界可利用表2中数据计算得出,见表3.表3相对尺寸范围和发散边界由表3可以看出,随启喷压力的增大,液滴的相对尺寸范围和发散边界均呈减小的趋势,其原因在于启喷压力大的喷嘴其喷射出的液滴中,小颗粒的液滴更多,所以其相对尺寸范围和发散边界更小.3结论a.随启喷压力的增大,喷雾液滴的索特平均直径D,:和德布鲁克平均直径D,均减小.亦即随喷孔直径的减小,液滴的平均直径向小颗粒方向偏移,改善了雾化质量.b.随启喷压力的增大,累积体积分布曲线向左偏移,到达某
11、一累积体积的液滴的直径减小,这说明大颗粒液滴随喷孔直径的减小有所减少,小孑L径的喷嘴其雾化质量更好.e.随启喷压力的增大,液滴的相对尺寸范围和发散边界均呈减小的趋势,其原因在于喷孔直径小的喷嘴其喷射出的液滴中,小颗粒的液滴更多,所以其相对尺寸范围和发散边界更小.参考文献1曹建明.喷雾学M.北京:机械工业出版社,2005.2朱仙鼎.中国内燃机工程师手册M.上海:上海科学技术出版社,2000.3曹建明,武涛,程前,等.柴油与LPG/柴油双燃料喷雾特性的对比J.交通运输工程,2003,3(2):4044.七女电七电七七七七女七七七七-4七七七(上接第l9页)套上部的火力面附近.这是因为缸内燃烧集中在
12、活塞接近于上止点的位置,此处热负荷较大.一般推荐此处的换热系数在6000W/(in?K)以上.从计算结果来看,火力面附近的最低换热系数出现在第四缸(如图4中圆圈所示位置),为8600W/(m?K),也高于推荐值,满足冷却要求.04ooo8ooo12ooo16ooo200图4缸体水套换热系数分布4结论我们通过CFD软件对发动机冷却水套进行了仿真分析,得到以下结论:a.整个冷却水套的总压降约为34kPa,这是一个较好的水准.b.在缸盖排气门间的鼻梁区具有较高的换热系数,最低值出现在第四缸排气门之间的鼻梁区,为15800W/(m?K),高于限值,能够达到良好的散热效果.e.缸体水套火力面附近的最低换热系数为8600W/(m?K),也高于限值,满足冷却条件.参考文献1陈家瑞.汽车构造(上册)M.北京:人民交通出版社,2002.2俞小莉,武亚娇,黄瑞,等.轿车发动机冷却水套流动与传热CFD计算分析J.车用发动机,2010,(6):5055.3夏兴兰,王胜利,陈大陆.计算流体力学在发动机冷却水套设计中的应用J.现代车用动力,20O6,(4):712.