论文摘要
能源短缺与环境污染是当今世界首要关注的两大热点问题,作为主要的能源消耗主体和环境污染来源的内燃机受到广大研究者的关注。LPG作为柴油代用燃料,能提高燃油经济性并降低排放,在压燃式发动机中有广泛的应用前景。研究LPG/柴油混合燃料喷雾的动力学特性及其与空气的相互作用,对提高LPG/柴油混合燃料的喷雾混合与燃烧性能,具有重要的理论与现实意义。本文依据文献资料以及相关经验,建立了基于高压定容室的喷雾高速摄影试验台架,通过对喷入高压定容室内不同配比的LPG/柴油混合燃料喷雾扩展过程的高速摄影,研究了混合燃料成分,启喷压力,喷射背压和喷孔直径等参数对喷雾特性的影响。设计并建立了直喷式柴油机燃用LPG/柴油混合燃料的实机实验台架,在使柴油机燃烧系统参数尽量不作大的改动的情况下,进行了几种不同配比的LPG/柴油混合燃料直喷压燃的负荷特性实验研究,以探讨直喷式柴油机燃用LPG/柴油混合燃料高效、清洁燃烧的技术途径。试验结果表明,燃用LPG/柴油混合燃料的直喷压燃发动机能够达到原柴油机的动力水平,而NOX、CO2排放要优于原柴油机水平,且其燃油经济性还有所提高。根据不同配比的LPG/柴油混合燃料燃烧特性对比分析可知,通过供油参数的适当调整可以进一步提高混合燃料的燃烧与排放性能。由于LPG的理化性能与柴油存在较大差异,为着开展LPG/柴油混合燃料喷雾特性的数值模拟研究,在综合柴油与LPG热物理性质的基础上,利用相关方程及经验公式对LPG/柴油混合燃料的物理性质,包括焓值、临界参数、导热率、蒸发潜热、饱和蒸气压、表面张力、饱和液相粘度和扩散系数等进行了计算,并建立了相应的模拟计算数据库。采用气相射流模型和多维KIVA模型等数值模拟方法研究了LPG/柴油混合燃料的喷雾混合特性,并将数值计算结果与喷雾高速摄影结果进行了对比。对比分析表明,气相射流模型和多维KIVA模型均能较为准确地预测LPG/柴油混合燃料的喷雾扩展和混合过程,模拟计算与试验所得的喷雾形态基本吻合。