基于气助雾化喷射的柴油喷雾特性数值模拟

季昊成; 吴昊; 杨海青; 刘海峰; 刘锐

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210319

基于气助雾化喷射的柴油喷雾特性数值模拟

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210319

季昊成^1,,
吴昊²,
杨海青²,
刘海峰³,
刘锐^1, ,

1.
南京工业大学机械与动力工程学院，南京 211816
2.
南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016
3.
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072

基金项目: 内燃机燃烧学国家重点实验室开放基金（K2020-05）；国家自然科学基金（51865031）；江苏省高等学校自然科学研究项目（20KJB470014）

详细信息

作者简介:
季昊成（1990-），男，讲师，博士，主要从事重油燃料喷射控制研究。E-mail：jhc@njtech.edu.cn

通讯作者:
刘锐（1987-），男，讲师，博士，主要从事内燃机仿真与控制研究。E-mail：timliu@njtech.edu.cn

中图分类号: V233.2;TK401
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出版历程
- 收稿日期: 2021-06-23
- 刊出日期: 2022-06-28

Numerical simulation of diesel spray characteristics based on air-assisted atomization injection

1.
School of Mechanical and Power Engineering，Nanjing Tech University，Nanjing 211816，China
2.
College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
3.
State Key Laboratory of Engines，Tianjin University，Tianjin 300072，China

摘要

摘要: 为对气助雾化喷射柴油的过程进行数值分析，借助计算流体力学仿真工具Fluent，在不改变喷嘴结构的情况下，建立考虑油气预混腔中柴油喷射过程的三维流体计算模型，研究定容弹内气助雾化喷嘴的柴油/空气两相流喷射过程，并且重点考察喷气压力、环境背压以及燃油温度对气助雾化喷射柴油喷雾特性的影响规律。结果表明：喷气压力对喷雾贯穿距离影响较大，喷气压力由0.65 MPa增大至0.75 MPa后贯穿距离增加12.2%，但柴油索太尔平均直径（SMD）只减小了5.2%，说明在保证燃油SMD处于较好水平时，喷气压力和环境背压绝对压力比值（气相压比）为7.5有利于减少气量消耗；环境背压对喷雾贯穿距离与燃油SMD影响显著，气相压比为1.875时，喷嘴出口处流场基本不会产生超声速气流，气动力降低显著影响了燃油液滴破碎过程，使喷射时间在4 ms时的SMD达到40.7 μm；燃油温度对喷雾贯穿距离影响不大，但对燃油SMD影响较大，燃油温度升高后燃油SMD显著减小，323 K对应的SMD比293 K时减小了12.3%，喷射时间在4 ms时的SMD达到14.9 μm，燃油蒸发质量分数达到36.93%。
- 气助雾化喷嘴 /
- 柴油 /
- 喷雾特性 /
- 索太尔平均直径 /
- 贯穿距离
Abstract: To numerically analyse the process of air-assisted atomization for diesel spray，the computational fluid dynamics simulation tool Fluent was applied.Three-dimensional fluid calculation model considering diesel injection process in fuel/air premixing chamber was established without changing the injector structure.The air-assisted injection process of diesel/air two-phase flow was investigated in constant volume chamber.The effects of air injection pressure，ambient backpressure and fuel temperature on diesel spray characteristics were investigated.The results showed that the air injection pressure had a great influence on the spray penetration distance.As the air injection pressure increased from 0.65 MPa to 0.75 MPa，the penetration distance increased by 12.2%，while the Sauter mean diameter （SMD） of diesel only decreased by 5.2%.When maintaining the SMD of fuel spray at an optimal level，the pressure ratio of 7.5 was beneficial to reduce the air consumption.Ambient backpressure had significant influence on penetration distance and SMD of fuel spray，as the pressure ratio was 1.875，the flow field at injector outlet almost did not produce supersonic flow，and the decrease of aerodynamic force significantly affected the breaking process of fuel droplets，making the SMD increase to 40.7 μm at the injection time of 4 ms.Fuel temperature had little effect on spray penetration distance，while it had a great effect on SMD.The SMD of fuel decreased significantly with the increase of temperature，and the SMD corresponding to 323 K decreased by 12.3% compared with that of 293 K.At the injection time of 4 ms，the overall SMD of fuel was 14.9 μm and the evaporated mass fraction of fuel reached 36.93%.
- air-assisted atomization /
- diesel /
- spray characteristics /
- Sauter mean diameter /
- penetration distance

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参考文献(19)

[1]	CATHCART G，DICKSON G，AHERN S.The application of air-assist direct injection for spark-ignited heavy fuel 2-stroke and 4-stroke engines[R].SAE Technical Paper 2005-32-0065，2005.
[2]	胡强，余双，史开源，等.浅谈航空重油活塞式发动机[J].航空动力，2020，3（5）：32-35.
[3]	杜春媛，田梦园，胡春明.二冲程重油航空发动机技术发展分析[J].小型内燃机与车辆技术，2020，49（3）：92-96.
[4]	冯光烁，周明.重油航空活塞发动机技术路线分析[J].清华大学学报（自然科学版），2016，56（10）：1114-1121.
[5]	郑艳.气助雾化喷嘴结构对煤油雾化影响的CFD研究[D].南京航空航天大学，2012.
[6]	李波，李云清，王德福.GDI发动机喷雾特性的数值模拟和试验[J].内燃机学报，2012，30（1）：9-15.
[7]	李雁飞，郭恒杰，王建昕，等.高背压下GDI油束喷雾特性的试验[J].内燃机学报，2016，34（4）：326-333.
[8]	华伦，赵彦光，胡静，等.空气辅助和无空气辅助SCR系统尿素喷雾特性的对比试验研究[J].汽车工程，2013，35（3）：197-201.
[9]	巴斯怀森 R.汽油机直喷技术[M].北京：机械工业出版社，2012.
[10]	YANG J，MUNOZ R，ANDERSON R，et al.Study of a stratified-charge DISI engine with an air-forced fuel injection system[R].SAE Technical Paper 2000-01-2901，2000.
[11]	杨嘉林.车用汽油发动机燃烧系统的开发[M].北京：机械工业出版社，2009.
[12]	SURESHKUMAR J，ELAYARAJA R，MALLIKARJUNA J，et al.Transient spray characteristics of air assisted fuel injection[R].SAE Technical Paper 2015-01-0920，2015.
[13]	HU Jinchao，LIU Bolan，ZhANG Chao，et al.Experimental study on the spray characteristics of an air-assisted fuel injection system using kerosene and gasoline[J].Fuel，2019，235 （1）:782-794.
[14]	鲍建军.点燃式空气辅助柴油喷射系统喷雾及燃烧特性研究[D].杭州：浙江大学，2020.
[15]	王思奇，杨海青.航空重油发动机气助雾化喷嘴雾化机理仿真[J].内燃机学报，2018，36（2）：127-135.
[16]	JIN S H，BREAR M J，WATSON H，et al.An experimental study of the spray from an air-assisted direct fuel injector[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering，2008，222（10）:1883-1894.
[17]	CHEN L，DING S，LIU H，et al.Comparative study of combustion and emissions of kerosene （RP-3），kerosene-pentanol blends and diesel in a compression ignition engine[J].Applied Energy，2017，203（10）:91-100.
[18]	中国石油化工总公司.石油计量表：
[19]	GB/T 1885-1998[S].北京：中国标准出版社,1998：1-16.