近年來,經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展使得汽車行業(yè)得到迅猛的提升,但資源短缺和環(huán)境污染的問題也日益突出,節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境等主題也逐漸成為柴油機(jī)發(fā)展過程中最主要的要求。而提高噴油壓力作為改善柴油霧化性能和燃燒性能的重要舉措,也逐漸被應(yīng)用到柴油機(jī)新技術(shù)當(dāng)中。且根據(jù)國際主流零部件商的產(chǎn)品發(fā)展趨勢來看,噴油壓力超過300MPa的噴油系統(tǒng)即將出現(xiàn)。國內(nèi)外學(xué)者們也逐漸將研究方向集中到超高壓燃油霧化上來,迄今為止,國內(nèi)外主流觀點(diǎn)認(rèn)為噴油壓力超過300MPa,即為超高壓狀態(tài)。雖然已有部分學(xué)者開展了超高壓燃油噴霧的霧化特性研究,但研究并未完全深入,且噴油壓力基本都未超過400MPa。因此探究超高壓柴油噴霧的霧化特性和空氣卷吸特性具有非常重要的意義。首先,本文針對計(jì)算過程中所設(shè)計(jì)到的網(wǎng)格進(jìn)行了獨(dú)立性分析,對湍流模型和霧化模型的適應(yīng)性進(jìn)行了研究。具體的研究內(nèi)容包括:(1)基于300MPa噴油壓力下的柴油噴霧貫穿距離實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對比分析了網(wǎng)格劃分方法和最小網(wǎng)格尺寸對貫穿距離計(jì)算結(jié)果的影響,最終確定了最佳的網(wǎng)格劃分方法和2mmx1.5mm的最小網(wǎng)格尺寸。(2)分別將三種湍流模型和霧化模型下的貫穿距離計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,確定了最佳的RNGK-￡湍流模型和KH-RT霧化模型。(3)對KH-RT霧化模型中的兩個模型常數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn),對比了貫穿距離和噴霧場中SMD的計(jì)算結(jié)果,最終確定最佳的模型參數(shù)Bi為9,CRT為1.5。然后,從宏觀特性參數(shù)、微觀特性參數(shù)、氣相流場狀態(tài)、物質(zhì)組分分布和空氣卷吸質(zhì)量等方面出發(fā),對不同環(huán)境和噴油壓力條件下的柴油霧化過程進(jìn)行研究。具體內(nèi)容包括:(1)基于實(shí)驗(yàn)條件對300～700MPa噴油壓力下柴油噴霧的霧化特性和空氣卷吸特性進(jìn)行預(yù)測。(2)探究了環(huán)境為常溫和噴油壓力為300MPa時背壓(3.5～5.5MPa)對柴油噴霧的霧化特性和空氣卷吸特性的影響。(3)在環(huán)境溫度為常溫,環(huán)境壓力為4.5MPa時,對300～700MPa噴油壓力下柴油噴霧的霧化特性和空氣卷吸特性進(jìn)行分析。(4)當(dāng)環(huán)境壓力為4.5MPa,噴油壓力為300MPa時,研究了背溫(800～1200K)對柴油噴霧的霧化特性和蒸發(fā)特性的影響。(5)在環(huán)境壓力為4.5MPa,環(huán)境溫度為1000k時,分析了噴油壓力(300～700MPa)對柴油噴霧的霧化特性和蒸發(fā)特性的影響。發(fā)現(xiàn)所有環(huán)境條件下,噴油壓力的提升都會使得噴霧貫穿距離、液滴總數(shù)逐漸增加,但增長幅度逐漸變緩。柴油液滴的SMD和平均直徑都會隨著噴油壓力的提高而減小,減小幅度同樣會逐漸減小。最后,通過對超高壓柴油噴霧中氣相流場溫度和壓力分布、火焰溫度、升溫速率、火焰長度、柴油和氧氣消耗量、反應(yīng)速率、反應(yīng)放熱量、C02、Soot和NO排放等方面進(jìn)行分析,研究了噴油壓力(300～700MPa)對柴油噴霧的燃燒特性的影響,發(fā)現(xiàn)流場參數(shù)、火焰特性相關(guān)參數(shù)和反應(yīng)速率等都會隨噴油壓力提高而增加,但增長幅度逐漸變緩。圖122幅,表3個,參考文獻(xiàn)111篇。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK421.2
【部分圖文】：

資源短缺和環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局和中國機(jī)動車環(huán)??境管理年報資料顯示，截止到２０１７年，民用汽車擁有量已有２．０９億輛，相比２０１３??年增長了?６５％。這也導(dǎo)致了每年的石油消耗量持續(xù)增漲（圖１－１），對資源需求量??的不斷增加，加劇了資源短缺的問題。此外，環(huán)境污染也日益突出，汽車主要污染??物排放為一氧化碳（ＣＯ）、碳?xì)浠衔铮ǎ龋茫⒌趸衔铮ǎ危希┮约邦w粒物（ＰＭ），??其中柴油車在氮氧化合物（ＮＯｘ）和顆粒物（ＰＭ）排放上占據(jù)了較大的比重（圖??１－２）【８］，因此提高柴油機(jī)整體效率，改善燃燒顯得愈加重要。??８０％?Ｖ九＋?：，４３Ｌ７＊??■?■??■■?－?ｕ?—??丨：?一?ｕ?■??２０１２?畢?２０１３年?２０１４年?２０１５年?２０１６?年?ＣＯ?ＨＣ?ＮＯｘ?ＰＭ??■柴油貨午《Ｈ他汽十??圖Ｍ石油消耗量?圖１－２污染物排放量占比［８］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｏｉｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｏｌｌｕｔａｎｔ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??近年來，環(huán)境保護(hù)意識逐漸提高，社會發(fā)展也對柴油機(jī)的污染物排放提出了更??多的要求，因此節(jié)能減排就成為學(xué)者們的主要研宄目標(biāo)。在對發(fā)動機(jī)燃燒過程的研??究中發(fā)現(xiàn)，壓力作為能夠改善柴油的霧化和與擴(kuò)散效果一個重要因素，通過促進(jìn)油??氣混合來改善柴油機(jī)的燃燒和排放性能【９－１４］。近階段的實(shí)驗(yàn)證明更高噴油壓力能夠??使燃油的霧化更加充分

噴霧場按距離噴嘴距離由遠(yuǎn)及近可以依次劃分成四個區(qū)域：極稀薄區(qū)、稀??薄區(qū)、稠密區(qū)和翻騰流區(qū)。噴霧場的區(qū)域劃分主要是根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)液滴分布密集??程度來進(jìn)行劃分的，其結(jié)構(gòu)如圖１－４所示。??（１）

程開展了大量的實(shí)驗(yàn)研宄之后，逐漸形成了較為完善的燃油霧化機(jī)理，其中噴霧的??宏觀和微觀特性參數(shù)能夠定量的反應(yīng)噴霧的霧化特性。霧化宏觀特性參數(shù)包括：貫??穿距離、貫穿速度和噴霧錐角等，如圖１－５所示。微觀特性參數(shù)包括：噴霧中液滴??的速度和平均直徑（索特平均直徑）等。??管??＊???‘．Ｉ?＇???ｔ??圖１－５噴霧的特性參數(shù)??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｐｒａｙ??ａ）貫穿距離??通常貫穿距離的定義是噴霧尖端距離噴孔的直線距離。對于柴油機(jī)和直噴式汽??油機(jī)的設(shè)計(jì)來說，噴霧貫穿距離是一個很關(guān)鍵的因素。因此學(xué)者們通過大量的研究??建立了一些重要的經(jīng)驗(yàn)公式。早在Ｉ９６０年Ｗａｋｕｒｉ和Ｍａｓａｒｕ［３３］就考慮噴孔和空氣??的影響建立了貫穿距離的計(jì)算公式。Ｎａｂｅｒ和Ｓｉｅｂｅｒｓ［３４］通過實(shí)驗(yàn)對蒸發(fā)性和非蒸??發(fā)性的燃油噴霧進(jìn)行研究，建立了貫穿時間和貫穿長度的公式。上海交通大學(xué)的李??鐵［３５］通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)柴油噴霧的貫穿過程可以分為三個階段，建立了新型的零維噴??霧貫穿模型。Ｈｉｒｏｙａｓｕ和＾＆爐６］通過實(shí)驗(yàn)研究建立了比較準(zhǔn)確、滿意的貫穿距離??５??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2872852