应用激光全息术对柴油雾化机理和喷雾特性的研究来-南京林业大学学报.PDF

第 21 卷第 4 期 南 京 林业大学学报 Vol. 21 No .4 1997 年 12 月 ]ournal of Nanjin g Forestry University Dec. 1997 应用激光全息术对柴油雾化机理和喷雾特性的研究来 黄银姊 (南京林业大学机械工程学院 南京 210037) 摘 要 经各种条件下的全息照片的定性分析和采用计算机数字图像处理的定量分析， 得出 了喷雾场的粒子分布情况不同于传统观点所认为的分布情况，并基于液体破碎理论进行了雾 化机理的分析:讨论了喷射时间、气缸背压、喷射压力、喷油嘴结构对喷雾特性的影响。 关键词 柴油机:喷雾:激光全息:测试 中图分类号 TB877. 1; TH113 由于空气和经雾化的柴油在燃烧室中形成可燃混合气进行燃烧，得到柴油机各项性能指标如功率、 扭矩、油耗、排放等。因此，高压柴油经喷嘴的雾化对柴油机性能起着决定性的作用[lJ 。雾化的特征称 之为喷雾特性，包括喷雾贯穿、喷雾形状、颗粒大小及分布和蒸发四个方面。在汽车工业发达的日本、美 国，喷雾特性的研究相当活跃。因为据此可以建立柴油机燃烧模型，预估发动机性能，从而促进内燃机 的设计和发展[2.3J 。 喷雾特性的测试方法有许多种。对喷雾贯穿和形状，高速单次摄影法较为有效:对粒子场的分布， 有日本广安博之的浸液法、沉积法、印痕法，三木英雄等人的直接显微摄影法等[4J 。由于前三种方法会 干扰被测雾场，致使油滴畸变，雾场空间分布被破坏:后一种方法又不能准确反映雾场的空间分布，因此 都不能准确地反映喷雾的瞬态空间分布。较之上述各种方法，激光全息摄影术可以不接触雾场，且能测 出瞬态颗粒分布。 尤其是采用调 Q 红宝石脉冲激光器，由于曝光时间很短， 只有几十纳秒凹，所以能测 出高速运动喷雾的瞬间状态、颗粒大小及空间分布。若用双脉冲激光器，两次曝光可得到喷雾的运动速 度。因此，应用激光全息摄影术进行柴油机喷雾特性的研究，以探究柴油的雾化机理及对喷雾特性的影 响因素及影响情况。 1 基本原理与试验装置 全息照相分两步进行，即波前记录和波前再现[6J 。波前记录是将物体(即喷雾)发出的光波与参考 光波相干涉，从而记录位相信息，然后用照相方法，将干涉条纹记录下来，成为全息图:波前再现，是光通 过全息图发生衍射，有7射光波与物光相似，构成物体的再现像， 它记录了原物体的三维立体像。 * 收稿日期 1997-04 -23 修改稿收到日期 1997-09 -03 兴国家自然科学基金资助项目 第一作者简介: 黄银姊，女，南京林业大学机械工程学院讲师。 21 南京林业大学学报 第 21 卷 第 4 期 1. 1 喷雾同轴全息光路及拍摄装置 喷雾同轴全息光路及拍摄装置如图 1a 所示。发生控制装置:调速电机带动高压油泵工作，高压油 经单次喷射装置喷入容弹，容弹两边装有石英玻璃，单次喷射的信号经同步控制装置再触发激光器延迟 时间 t 毫秒后发出激光，也即记录了喷出后 t 毫秒时刻的油束。容弹直径为 110 mm，高压油泵型号为 2121 - 8 左 1500 rlmin，试验用油为扩柴油，喷油嘴为轴针式，型号为 ZS4日A、 ZS15S15 及日本产 NP DN15SDK1 。 伞息照片 /实像 容弹 图 1 试验装置框图 Fig. 1 The frame figure of experiment apparatus