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柴油发动机作为现在社会中最重要的动力设备之一,其在燃料的利用效率和尾气排放方面的问题一直受到广泛的关注,随着能源问题和环境问题的日益严重,国内外也都制定了越来越严格的排放法规。近年来,随着研究的不断深入,内燃机的设计和改进工作都有了很大的发展,也有很多新的为提高燃烧效率并减低排放的燃烧方式和燃烧策略被不断提出。然而,无论是传统燃烧方式还是新型燃烧方式,发动机工作中燃油的喷雾碰壁现象始终是一个难以解决的问题,而燃油喷雾碰壁形成的附壁油膜会在很大程度上造成HC、碳烟等排放的增加,并会造成燃烧的不充分,降低燃烧效率。深入理解燃油的喷雾碰壁现象对提高燃油经济性和降低排放都有着重要的指导意义。 本文的研究工作主要围绕燃油的喷雾碰壁现象及喷雾碰壁形成的附壁油膜的运动蒸发特性展开。实验在自行搭建的高压共轨喷油实验台上完成,依靠高速摄像技术捕捉燃油喷雾碰壁的相关运动特性以及碰壁形成的附壁油膜的运动蒸发特性。 首先,考虑发动机中喷雾碰壁时可能会存在的粗糙壁面情况,设计实验研究了不同壁面粗糙度和不同壁面温度条件下燃油喷雾碰壁后沿壁面的径向贯穿距和喷雾碰壁高度的变化情况。实验中使用正庚烷、丁醇及丁醇和正庚烷的50%混合溶液作为对比燃料。结果显示,对于单组分燃料,壁面粗糙度的增大会造成碰壁喷雾径向贯穿距的减小和碰壁高度的增大;升高壁面温度,燃油喷雾碰壁特性的改变会因燃料的不同出现差异。混合组分燃料的碰壁喷雾并没有发现明显的随壁面粗糙度或壁面温度的规律性变化。同时,壁面粗糙度和壁面温度对喷雾碰壁特性的影响存在着一定的相互作用。 随后,研究了由单孔喷油器产生的正庚烷喷雾碰壁形成的壁面油膜在加热壁面上的蒸发特性,实验分析了不同喷油压力、喷油持续期和不同壁面温度对附壁油膜形成和蒸发特性的影响,并使用折射率匹配法(RIM)测量了油膜的厚度变化情况。实验结果显示,当接触壁面的温度达到一定值时,附壁油膜将会发生沸腾现象。随着壁面温度的升高,沸腾的剧烈程度会明显的增加,沸腾持续时间逐渐减小。同时,实验还发现壁面油膜的沸腾现象与沸腾现象结束时残余油膜的平均厚度以及壁面的温度存在明显的关联,但并不会受到喷油条件的明显影响。另外,通过对实验条件的简化理论分析发现,在一定油膜厚度下,在一个圆锥形凹槽中的成核气泡要想能够生长需要达到一定的临界半径。