【摘 要】
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关于船舶动力装置的排放法规越来越严格,而燃油的破碎蒸发过程直接决定燃烧过程的好坏,进而对动力性和排放性能有着重要影响。相较于车用柴油机,船用低速柴油机的喷油器通常具有更大孔径的喷孔和大压力室结构以实现更高的燃油喷射速率,不同的喷嘴结构势必会对喷雾现象造成影响,而目前关于船用柴油机喷雾特性的实验研究还非常稀少。同时,雾化特性参数是低速机燃烧系统设计开发和优化的重要参考依据,并可对计算模型的进行标定和
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关于船舶动力装置的排放法规越来越严格,而燃油的破碎蒸发过程直接决定燃烧过程的好坏,进而对动力性和排放性能有着重要影响。相较于车用柴油机,船用低速柴油机的喷油器通常具有更大孔径的喷孔和大压力室结构以实现更高的燃油喷射速率,不同的喷嘴结构势必会对喷雾现象造成影响,而目前关于船用柴油机喷雾特性的实验研究还非常稀少。同时,雾化特性参数是低速机燃烧系统设计开发和优化的重要参考依据,并可对计算模型的进行标定和有效性验证。此外,较小孔径的交叉孔喷嘴已被证明是一种行之有效的可提升雾化效果的喷嘴结构改进,而对较大孔径的交叉孔的研究尚未开展。本文利用自行搭建的船用喷油器喷雾可视化实验平台,使用直接摄影法和阴影法,对四种不同孔径的直孔喷嘴和六种不同交叉角度、不同子孔径的交叉孔喷嘴,在不同环境条件(环境温度、环境压力)和喷射条件(喷射压力、喷射脉宽)进行了喷雾实验。使用MATLAB程序处理图像,得到了喷雾贯穿距、喷雾锥角等雾化特性参数,进而对比分析了各因素的影响规律。结果表明,实验所用喷嘴由于具有大压力室结构,其压力系数较小,喷油持续期长于喷油脉宽。在非蒸发态条件下,喷油压力提升,喷雾贯穿距和喷雾面积增大,燃油破碎时间变短而破碎距离不变;在蒸发态的较低环境密度下,喷油压力升高,燃油破碎所需时间和距离均增加,液相喷雾锥角减小,蒸发速率提高;随环境压力提高,喷雾贯穿距减小而喷雾锥角变大,蒸发速率增加;环境温度提高,蒸发速率明显加快;不同孔径直孔喷嘴的燃油喷射初速度相等;随孔径增大,燃油破碎时间和距离增加,破碎后的喷雾贯穿距增加;蒸发态条件下,较小孔径喷孔的蒸发现象剧烈,液相喷雾达到准稳态所需的时间和距离更短,而大孔径喷嘴喷雾的蒸发现象较弱。(子)孔径相同时,交叉孔喷嘴的喷油速率高于单直孔喷嘴;随交叉角度增大,交叉孔喷雾贯穿距减小而喷雾锥角增大,较小角度交叉孔喷雾贯穿距和直孔喷雾差异不大,而大角度交叉孔喷雾贯穿距明显小于直孔,各角度交叉孔喷嘴的喷雾锥角和喷雾扩散面积均大于单孔喷嘴;交叉孔喷嘴由于更大的喷油量而蒸发效果弱于直孔喷嘴;当基于喷油量相近进行比较时,交叉孔蒸发效果优于直孔;随(子)孔径减小,交叉孔蒸发效果提升程度高于直孔。总之,交叉孔喷嘴可扩大喷雾扩散范围,提升蒸发速率,在船用柴油机上有一定的可行性。
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