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GDI喷油器喷雾碰壁的实验和模拟研究
| 论文题名： | GDI喷油器喷雾碰壁的实验和模拟研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;直喷汽油机;喷雾碰壁现象;粒径分布 |
| 摘要： | 随着汽车行业的发展，我国汽车保有量逐年递增，成为世界上汽车保有量最多的国家。面对能源与环境两大挑战，汽油直喷(GDI)技术作为提高发动机动力性和经济性的重要技术，市场份额逐渐提高。然而直喷汽油机不可避免的燃油碰壁现象可能导致机油稀释与碳烟生成等问题。由于汽油机的燃油喷射条件以及汽油理化特性与柴油机均有很大差异，因此对于汽油喷雾碰壁现象的研究很有必要。 本文将一款直喷汽油机用六孔喷油器改造为单孔喷油器，在验证其可靠性的基础上，采用光学测试系统以及相位多普勒激光测试系统对其喷雾以及不同壁面条件下的喷雾碰壁现象进行研究。得到直喷汽油机喷雾在不同壁面条件下的喷雾碰壁发展、喷雾粒径分布、特征粒径径向发展以及法向速度等。研究表明，近壁面处的喷雾碰壁现象对喷雾液滴的分布影响较大，同时因液滴碰壁反弹而引起测试区域更多的液滴法向速度向上；壁面加热条件能够促进液滴的蒸发与反弹，改变粒径的分布范围，同时由于壁面温度升高，测试区域大部分喷雾液滴的法向速度在0m/s附近；湿壁面条件对喷雾液滴的影响主要表现在液滴粒径分布形态的变化以及法向速度分布范围的变化，10m/s-30m/s速度范围内的液滴数量与干壁面条件相比明显减少。同时，碰壁位置对于喷雾液滴的分布具有显著影响，距离喷嘴越远的位置，喷雾的粒径分布越发趋于均匀，各个条件下的差异表现得越不明显。 在实验研究的基础上，本文利用三维CFD软件FIRE采用不同模型对常温干壁面以及加热干壁面条件下的喷雾碰壁现象进行模拟，将喷雾图像和粒径分布的模拟结果与实验进行对比。对比结果表明，Bai Gosman模型对于喷雾整体形态的模拟与实验值相符，粒径分布模拟结果能够体现出不同壁面位置以及不同壁面温度的影响，但近壁面处常温面的模拟结果与实验差别较大；Mundo/Sommerfeld模拟结果中粒径普遍过小，且在此条件下对于壁面温度的变化不够敏感而Kuhnke模型也存在相同的问题。对Bai Gosman模型进行修正，近壁面碰壁后的粒径分布结果有所改善，而其他条件下的粒径分布结果变化不大，这说明对于此工况而言，修正后的Bai Gosman模型更加适用。 喷雾碰壁现象已经被划分为几种经典形式，但是不同的喷雾条件以及不同的燃油条件都可能导致不同的碰壁形式，这还需要大量的实验验证与适应性更广的模型建立，从而提高GDI喷雾碰壁现象的模拟准确性，更好地服务于GDI发动机的研发。 |
| 作者： | 张一丹 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 秦静 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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