【摘 要】
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化石能源紧缺和生态环境危机是人类社会共同面临的严峻问题,寻找清洁高效的替代燃料是当今内燃机研究人员的工作重点之一。优质的替代燃料能在降低燃料消耗与污染物排放的同时,保证发动机具有足够的动力性能。在已经开发出的众多替代燃料中,甲醇燃料因为其良好的动力性能、污染物排放低和来源广泛等优点而受到广泛的关注。本文结合实验方法和CFD方法研究了甲醇高压直喷喷雾特性,在定容弹台架上完成了甲醇高压喷雾实验,探究了
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化石能源紧缺和生态环境危机是人类社会共同面临的严峻问题,寻找清洁高效的替代燃料是当今内燃机研究人员的工作重点之一。优质的替代燃料能在降低燃料消耗与污染物排放的同时,保证发动机具有足够的动力性能。在已经开发出的众多替代燃料中,甲醇燃料因为其良好的动力性能、污染物排放低和来源广泛等优点而受到广泛的关注。本文结合实验方法和CFD方法研究了甲醇高压直喷喷雾特性,在定容弹台架上完成了甲醇高压喷雾实验,探究了喷射条件和环境条件对甲醇高压喷雾特性的影响;在一台直喷发动机模型上进行了CFD模拟研究,探究了不同喷射压力、不同喷射策略对发动机喷雾发展和混合气形成过程的影响。得到了如下结论(1)甲醇喷雾的气态贯穿距离随着喷射压力的增大而非线性增加,喷射压力对气态贯穿距的影响程度随着喷射压力的增大而减小,环境温度通过影响甲醇液滴的蒸发速率进而影响甲醇喷雾的气态贯穿距离。甲醇高压喷雾锥角受到环境条件(温度、压力)的影响较大,对喷射压力的变化不敏感。(2)甲醇缸内直喷喷雾的发展过程可分为喷雾的自由发展、喷雾撞壁后将空气分隔和喷雾隔层消失三个过程。喷射压力越大使得喷雾层分隔空气的时间越短,甲醇蒸发率越大,上止点前甲醇混合气浓度分布的均匀性越好。(3)喷雾扩张角θ过大会导致喷雾撞击气缸壁面,在缸壁表面形成大量液膜;减小θ能有效减少缸内液膜量。θ过小会导致雾束过于密集,甲醇混合气浓度均匀性降低。设置喷雾扩张角θ时需要同时权衡液膜量和混合气均匀度两个方面。(4)增加喷孔的数目能显著降低缸内液膜量,甲醇最大蒸发率和混合气浓度均匀度都随着喷孔数目的增加而先增大后降低。(5)采用合适的两次喷射策略能够有效降低缸内的液膜生成量,但是会不利于甲醇混合气浓度分布的均匀性。缸内甲醇混合气浓度均匀度随着第二次喷射时刻的推迟而增大,随第二次喷射甲醇比例的增大而减小。存在最佳的第二次喷射时刻和喷射比例,使得缸内液膜质量最低。(6)上止点前,高甲醇浓度区域的温度较低;甲醇浓度分布越均匀使得温度分布越均匀。
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