gdi汽油机乙醇汽油闪急沸腾喷雾分析-analysis of flash boiling spray for gdi gasoline engine ethanol gasoline.docx

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于必威体育官网网址□，在___ 年解密后适用本授权书。不必威体育官网网址□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要燃用乙醇汽油的缸内直喷式（GDI）汽油机在燃油经济性以及降低 CO2，NOx 排放上有很大的优势，是未来乘用车发动机的主要型式，是我国节能减排需要发展 的技术之一。GDI 汽油机多使用高压共轨系统和多孔喷油器，在喷雾过程中会遇到 空化和闪急沸腾现象。喷雾好坏直接影响燃烧过程进而决定发动机的性能。闪急沸 腾和空化一方面会造成燃油计量不准确、喷雾结构发生变化，另一方面会增加扰动 促进雾化。闪蒸沸腾喷雾具有雾化快、液滴小、蒸发快、贯穿距离短的优点。为了 合理利用空化和闪急沸腾促进雾化的优点，需要研究空化和闪急沸腾的发生条件、 发展规律及对雾化的影响。选用泡点作为燃油闪急沸腾的判断依据。建立了基于离散组分的乙醇汽油燃料 模型。采用 Peng-Robinson 物性方程对乙醇汽油的气液平衡过程进行计算，研究了不 同乙醇含量对燃料泡点/露点曲线的影响。结果表明：较低的乙醇含量明显拓宽了燃 油的两相区域范围，在低乙醇含量条件下随着乙醇含量的增加两相区范围变大；而 在高乙醇含量条件下，随着乙醇含量的增加，两相区变窄，P-T 曲线更狭长；采用泡 点曲线预测闪急沸腾现象更为准确合理，同时较低的燃烧室压力或者较高的燃油温 度会促进闪急沸腾的发生。采用双流体法，对高压喷射条件下 GDI 多孔喷油器喷嘴内部流动进行三维数值 模拟，分析和总结了 GDI 多孔喷油器发生空化流动的条件和发展规律。结果表明： 在喷孔入口转角处以及针阀开启或关闭时针阀与阀座壁面缝隙处均有空化现象发 生；喷孔入口转角处的空化气泡逐渐向下游发展，可发生部分空化及超空化流动； 针阀缝隙处的空化气泡不向下游发展，在针阀完全打开或关闭时消失；喷嘴内部流 动形态受燃油性质及喷嘴几何结构影响较大，在针阀保持最大升程时，喷孔内仍观 察到不稳定的空化流动；空化流动造成喷嘴各孔流量、速度产生差异，影响喷雾雾 化过程，是设计和喷雾模拟时必须要考虑的因素。在可视化定容室喷雾试验台上开展了 GDI 多孔喷油器使用乙醇汽油的喷雾特性 试验研究。结果表明：环境压力对贯穿距的影响最大，喷射压力次之，环境温度对 贯穿距的影响最小；环境温度与环境压力对油滴索特平均直径的影响较大；喷雾贯 穿距随喷射压力增加而增加，随环境压力增加而减小，随环境温度变化不明显；喷 雾锥角随环境压力升高而增大，但基本不受喷射压力及环境温度的影响；油滴索特平均直径随喷射压力及环境温度升高而降低，随环境压力升高而升高。在可视化定容弹喷雾试验台上，采用纹影法研究了不同燃油温度及不同环境压 力条件下闪急沸腾喷雾发展过程。试验发现与传统喷雾相比，闪急沸腾喷雾贯穿距 较短、喷雾锥角较大。在某些喷射条件下，喷雾的外缘发现了气泡聚集发展的迹象。 在雾束的某些部位发现了泡状的亮斑。气泡的聚集发展会使相应区域的“膨胀”“隆 起”或者“塌陷”。气泡的这种行为使得喷雾边缘更不规则，并促进了燃油的雾化。 相同环境压力条件下喷雾贯穿距随温度增加先减小后增加，喷雾锥角随温度增加先 增加后略有减小。闪急沸腾喷雾在高过热度条件下存在转变过程。为模拟闪急沸腾喷雾现象，提出了基于空隙率和过热度共同控制的闪急沸腾雾 化新模型和基于双区法的蒸发模型，并编写相关程序在 KIVA 软件中实现了模型功 能。模拟结果表明，闪急沸腾喷雾新模型较好的预测了喷雾贯穿距及喷雾锥角及其 发展趋势，喷雾图像与实验结果吻合较好。该模型对中低过热度条件下空隙率控制 的闪急沸腾喷雾以及高过热度闪急沸腾喷雾过渡过程有较好的模拟能力，同时可以 在一定程度上预测更高过热度条件下的闪急沸腾转变过程。关键词：GDI 汽油机乙醇汽油喷雾特性闪急沸腾空化流动AbstractGasoline direct injection (GDI) engines fueled with ethanol gasoline blends which is a main type