燃油喷雾燃烧实验设备改进及前景分析

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摘要：燃油喷雾燃烧广泛应用于机械工程领域，尤其是内燃机方面。本文对燃油喷雾、燃烧过程以及相关的理论知识做出系统介绍。鉴于喷雾燃烧的复杂性，设计合理的实验设备对获取准确可信的喷雾及燃烧数据至关重要。作者对该领域研究现状及未来研究趋势和重点做出了分析，并针对这些特点设计改进了喷雾燃烧实验设备，提出了喷雾燃烧现象中相关数据的测量方法。

关键词：喷雾特性；实验研究；燃烧；设备改进

引言

随着人们对能源和环境污染问题的重视，法律法规对汽车运行经济性和排放性提出了越来越高的要求。柴油发动机所具有恶劣的排放特性使得其成为空气污染的一大重要元凶。越来越多的高等院校和研究所投入大量精力对直喷柴油机的喷雾燃烧过程进行研究。然而直喷柴油机的喷雾燃烧过程十分复杂，加之其众多的影响参数，准确可靠的实验数据是研究喷雾燃烧的基石。如何对实验设备进行合理设计至关重要。

1.燃油喷雾燃烧特性

柴油机的燃油雾化直接影响燃烧性能的优劣。在直喷柴油机中，燃油的喷雾以及燃烧特性从很大程度上决定了柴油机的动力性能和排放特性。燃油良好的雾化和充分的燃烧有利于提高动力和降低排放。

1.1 喷雾特性

喷雾是指将液体通过喷嘴喷射进入气体介质中，使之分散、并碎裂成小颗粒液滴的过程。在柴油机中，燃油在高压下经喷油器孔入燃烧室内，燃油油束进而向前伸展和扩张雾化并与空气进行混合。燃油喷雾特性主要包括喷雾锥角、贯穿度、分裂长度和雾化微滴尺寸分布等。研究人员通过实验研究得出了在喷油压力、环境压力等影响参数下喷雾特性的经验公式。

1.2燃烧特性

燃油喷雾在燃烧室内充分雾化并与空气混合后，若燃烧室内压力和温度达到条件，则混合气产生自燃。燃烧过程主要受喷雾雾化效果以及环境条件的影响。这个过程可分为滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期。由于其复杂性，实验研究中，研究者一般通过观察浮起长度、着火延迟等指标来描述喷雾燃烧的火焰特点。

浮起长度是指扩散火焰距离喷嘴的长度，它是预测发动机炭烟生成的重要参数。着火延迟是指燃油从喷入燃烧室到火焰出现的时间差，它对发动机动力和排放影响起到关键作用。

2.研究现状及未来趋势

精确可信的实验数据是进行喷雾燃烧理论分析和仿真研究的基础。越来越多的研究者开始重视实验研究的方法和过程。

2.1.研究现状

由于燃油的喷射及燃烧时期极短，其过程又极为复杂。因此通过实验研究这样高速、复杂的特性相当困难。尤其是喷雾燃烧众多的影响因素使得喷雾燃烧实验对设备的要求非常高。高成本的实验设备成为研究的最要阻力。多数研究人员只能利用简化的实验参数进行研究。美国Sandia国家实验室利用定容燃烧弹对喷雾燃烧特性进行了较为全面的研究。其所涉及的实验参数包括燃烧室压力、喷油压力、喷嘴参数、环境温度等。

2.2未来趋势分析

随着对喷雾燃烧研究的深入，为提高仿真研究的精度，作者认为更多的影响参数将被考虑进来，如燃油温度。因为温度对于燃油粘度具有很大影响。而喷嘴对不同粘度燃油的阻滞力不同，从而具有不同的流量系数。因此燃油温度对喷雾及燃烧特性也具有一定影响。此外，以往的研究中都将整个燃烧弹视为一个整体，具有同一温度。事实上，燃烧弹内不同位置的温度并不完全一致。为了得到更精确的实验数据，定容燃烧弹内不同位置的温度应该被区分测量。

图1 喷雾燃烧实验设备简图

3.设备设计改进及研究方法探究

内燃机的实际燃烧、传热、燃料蒸发与扩散等过程十分复杂，加之循环之间的变动，要在实际柴油机中进行实验参数控制并获得准确的试验数据是不现实的。因此研究人员提出并开发了各种各样的替代试验设备，将喷雾燃烧研究放在替代实验设备上进行。大致来说，现在的模拟燃烧设备主要有定容燃烧弹、快速压缩机、激波管及单缸试验机等几种类型，其中以定容燃烧弹最为常见。

作者参考传统实验设备重新设计改进了其功能以适应未来研究的发展。如图1所示，此设计包含燃油供给系统、定容燃烧弹、加热系统、冷却系统、控制与数据图像采集系统等几部分。为了测得燃烧弹内不同位置的温度，四个温度传感器被安置在燃烧弹内。通过数据采集系统，各个位置的温度可以实时显示在计算机上。由于无法直接用温度传感器测量喷嘴内的燃油温度，冷却系统被巧妙地设计利用为测量途径。对燃烧弹进行加热时，喷嘴温度会随之上升。为避免温度过高损坏喷嘴内部构造并避免燃油提前气化影响喷油过程，冷却系统被应用进来。通过调节冷却水流的大小从而控制燃油温度。在冷却水流出口处设计安装了一个温度传感器，通过测量出口处冷却水的温度来反应燃油温度。

4.结语

对于机械及动力领域的仿真研究，准确可信的实验数据是至关重要的。然而实验设备是制约相关研究的一个关键因素。为了适应理论研究的快速发展，实验设备的改进必须是与时俱进的甚至超前的。本文在总结喷雾燃烧领域过往研究的基础上，分析并预测了该领域未来的研究方向和趋势。从而设计改进了喷雾燃烧实验设备以适应未来研究的需求。

参考文献：

[1].喷雾学研究的国际进展[J].长安大学学报：自然科学版，2005， 25.1： 82-87.

[2]杨永广，刁艳涛等.柴油机喷雾特性常用测试技术.内燃机与动力装置，2010， 5： 1-6.

[3]田文凯.多功能燃烧弹的研究[M]. 哈尔滨工程大学，2010.

作者简介：李宝刚（1990-），男，山东临沂人，硕士研究生，主要研究方向为内燃机动力及传动控制。