甲乙醇燃料喷雾特性的激光测试研究-上海交通大学发动机研究所.PDF

甲、乙醇燃料喷雾特性的激光测试研究 1 1,2 1 1 曹菁菁 ，许敏 ，曾纬 ，张玉银 1. 上海交通大学汽车工程研究院, 上海市 200240 摘 要: 本文利用米氏（MIE ）散射和激光诱导荧光（LIF ）激光测试技术测得了甲醇、乙醇与汽油的喷雾特 性。基于对该实验测得的大量喷雾图像的分析比较，获得了甲醇、乙醇、汽油在喷射初始阶段、喷雾发展阶段以 及完全雾化阶段的不同喷雾特性。结果发现醇类燃料的喷雾特性不同于汽油，且乙醇与汽油的差距要大于甲醇与 汽油的差距。在喷射初期，由于受燃料粘性的影响，粘性最大的乙醇的喷油延迟期最长。在喷雾发展早期阶段， 汽油喷雾的贯穿距最长。在完全雾化阶段，三者液滴分布的差距并不明显。三者的喷射锥角无明显的差异。 关键词: 甲醇，乙醇，喷雾特性，雾化机理，直喷式汽油机 雾提供需要的环境背压；灵活燃料供给系统中，三个 1. 引言 相互独立的液力蓄压器向喷嘴供给具有稳定压力的 随着汽车保有量的增加，空气的污染情况和能源 燃料，2 个独立的氮气供气系统分别控制实验中的喷 的危机问题都日益严重，寻求一种清洁有效的替代燃 射压力和环境压力。实验过程中由 Nd ：YAG 激光仪 料显得尤为重要。甲、乙醇与汽油相比具有更高的辛 产生一束细的平面激光照射沿喷雾对称轴线的两束 烷值，更宽泛的着火范围，更高的火焰传播速度以及 喷雾，图像被 LaVision 成像系统拍摄下来，并通过 更高的汽化潜热值。这些特性保证了发动机可以在更 PTU 同步记录入电脑中。 高的压缩比和更清洁的工作范围下运行。目前，已经 有多个国家采用醇类作为汽油的替代燃料进行使 用。在这一不断发展的过程中，醇类燃料的一些优点 得到体现，但同时一些问题也暴露出来，例如甲醇对 发动机的腐蚀，冷启动困难等，因此为了更好的开发 和使用醇类作为替代燃料，更深入和系统的基础理论 研究显得格外重要。 本课题研究了甲醇和乙醇在不同喷射压力和环 境背景下的喷雾特性。基于大量的实验数据结果，获 得了喷雾初始喷射阶段的形态以及完全雾化阶段的 喷雾特性，并对不同燃料的喷雾破碎机理进行分析。 为甲醇、乙醇、汽油火花点火发动机喷雾燃烧系统的 图 1 喷雾测试实验装置  设计提供一定的基本实验数据。 2. 实验设备与实验方法 2.1 实验设备 如图 1、图2 所示喷雾实验室的主要部分有： Nitron 激光器，定容高压容器，灵活燃料供给系统以 及由 CCD 相机、增强器 intensifier 以及相关的光学设 备组成的激光成像系统。 LaVision 激光和成像系统主要用来提供一定能 量的激光束和拍摄实验所需的图像；8 孔直喷喷嘴固 定安装在定容高压容器顶部，并且利用密闭环境为喷 图 2 实验设备示意图  2许敏, 上海市东川路800号，200240 E-mail:mxu@sjtu.edu.cn 实验中采用八孔直喷喷油器，孔径为0.3mm，长 实验的准确性。与MIE相比，LIF的主要原理是用激 径比L/D=2，这八个喷孔所在的圆锥的锥角为70°。 光束激发一个原子或者分子，使其发光。一般来说， 激光器产生的一束直径约5mm激光束，经过一系列柱 由激光诱导荧光测量物质的特性比由一般光源诱导 面透镜，形成0.5mm厚的平面激光。该平面激光束沿 荧光所测的灵敏度提高 2-10 倍。因此，通过 LIF 技 喷雾的对称轴线同时照射两束喷雾，如图3、4所示。 术，有效的避免了MIE技术中背景噪音的影响，同时 可以较为清晰的观察到喷雾蒸发的过程。