基于馬爾文法測量柴油霧化規(guī)律的實驗研究

邵超，穆文樂，曹建明

（1.長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064；2.江鈴汽車股份有限公司發(fā)動機研發(fā)部，江西 南昌 330052）

基于馬爾文法測量柴油霧化規(guī)律的實驗研究

邵超1，穆文樂2，曹建明1

（1.長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064；2.江鈴汽車股份有限公司發(fā)動機研發(fā)部，江西 南昌 330052）

使用馬爾文法測定在同一噴嘴孔徑下不同啟噴壓力和同一啟噴壓力不同噴嘴孔徑的柴油霧化特性,分析每個工況點的平均直徑、特征直徑、發(fā)散度、液滴尺寸數(shù)目分布，得到其變化趨勢。結果表明：噴嘴孔徑固定，增大啟噴壓力霧化效果變好；啟噴壓力固定，減小噴嘴孔徑，霧化效果變好。

馬爾文法；噴霧特性；柴油

CLC NO.:U473.1Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-12-03

引言

在發(fā)動機的工作過程中，燃油的霧化效果直接關系到燃燒的穩(wěn)定性，從而關系到發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性?，F(xiàn)在許多科研院所及相關機構開始研究如何提高燃油的霧化效果及其評價方法。本文主要研究利用馬爾文噴霧激光粒度分析儀的測量方法，以及對不同工況點下測量結果的分析。

1、馬爾文噴霧激光粒度分析儀簡介

馬爾文噴霧激光粒度分析儀依據(jù)的理論基礎是米氏理論，其實物如圖1所示。其采用的是激光衍射技術，使用了2個透鏡系統(tǒng)，可以測量直徑在0.1～2500 μm范圍之內(nèi)的液滴，其測量取樣頻率可達10kHz。馬爾文噴霧激光粒度儀具有穩(wěn)定性好、操作簡單、重復性好同步性強等優(yōu)點。而且有專用的上位機測量結果分析軟件供用戶使用。

2、實驗設備及設備參數(shù)的設定

試驗臺的簡圖如圖2所示，其包括燃油單次噴射系統(tǒng)和馬爾文檢測系統(tǒng)。實驗時需對與馬爾文粒度分析儀相連的上

位機軟件進行參數(shù)設置。因為噴射液體為柴油，所以將折射率設為1.47，密度設定為0.854g/ml。單次噴射系統(tǒng)是由手壓噴油泵，和不同孔徑和不同啟噴壓力的噴嘴組成。

3、實驗方案

應用馬爾文粒度分析儀分析不同的孔徑和不同的啟噴壓力下柴油的噴霧粒徑。具體的實驗方案如下：

（1）觀察在同一噴嘴孔徑下，不同的啟噴壓力對液滴尺寸的影響。具體的設定為噴嘴孔徑為0.315mm，觀察分別在16MPa、20MPa、24MPa的啟噴壓力下柴油液滴的平均直徑、特征直徑、發(fā)散度、尺寸數(shù)目分布的變化。

（2）比較在相同的啟噴壓力下，不同的噴嘴孔徑對液滴尺寸的影響。具體的設定為噴嘴的啟噴壓力為20MPa，觀察噴嘴孔徑分別在0.26mm、0.315mm、0.366mm下柴油液滴的特征直徑、平均直徑、發(fā)散度、尺寸數(shù)目分布的變化。

4、實驗結果及分析

每做一組實驗，上位機程序會自動保存每組實驗的數(shù)據(jù)，我們只需要將結果文件的文件名重新命名以方便辨識。

4.1 同一孔徑不同啟噴壓力下液滴尺寸的變化

該情況下主要針對的是噴嘴直徑為0.315mm，啟噴壓力為16MPa、20MPa、24MPa下的三個工況點液滴粒徑變化。

表1 不同啟噴壓力下的特征直徑和平均直徑

測得的平均直徑和特征直徑如表1所示。從表中可以看出相同的噴嘴孔徑下，隨著啟噴壓力的逐漸增大，液滴的各類參數(shù)都呈減小趨勢。則表明了在相同的噴嘴孔徑下，隨著啟噴壓力的增大，液滴的直徑變小，小顆粒液滴變多，大顆粒液滴變少，霧化效果進一步提升。

表2 不同啟噴壓力下的發(fā)散度

從表2中可以看出隨啟噴壓力的增大，液滴的變化范圍在減小，說明液滴的尺寸分布變的更加均勻。

在圖3中表示了柴油液滴的尺寸數(shù)目分布，依20MPa這條曲線為例，在小液滴尺寸范圍有一個波峰，然后會在中等尺寸范圍內(nèi)出現(xiàn)另一個波峰，但曲線總體上呈現(xiàn)先增后減的趨勢。若啟噴壓力增大，其曲線相應的向左偏移，最高峰值變大，表明小顆粒的液滴數(shù)量增多，大顆粒液滴數(shù)量變小，對應的霧化效果變好。

4.2 同一啟噴壓力不同孔徑下液滴尺寸的變化

該情況下主要針對的是啟噴壓力為20Mpa，噴嘴孔徑為0.26mm、0.315mm、0.366mm下的三個工況點液滴粒徑變化。

表3 不同噴嘴直徑下的特征直徑和平均直徑

測得的平均直徑（D32、D43）與特征直徑（D0.1、D0.5、D0.9、D0.999）如表3所示。從表中可以看出在20Mpa的啟噴壓力下，隨著噴嘴直徑的減小，其對應的液滴平均直徑和特征直徑都相應的減小。這就說明了，隨噴嘴直徑的減小霧化質量變好。因此，我們可以在啟噴壓力不變的情況下，通過減小噴嘴直徑，改善霧化效果。

表4 不同噴嘴孔徑下的發(fā)散度

表4表示了在同一啟噴壓力20MPa下，不同噴嘴孔徑下的液滴發(fā)散度。從表中可以看出隨噴嘴孔徑的減小，液滴相對尺寸范圍在減小，表明液滴的發(fā)散度在減小，在相應的液滴尺寸范圍內(nèi)分布越均勻。但是隨著噴嘴孔徑的變化，液滴發(fā)散邊界的數(shù)值變化不大，表明液滴發(fā)散邊界的變化受噴嘴孔徑的影響不大。

圖4表示了相同啟噴壓力下不同噴嘴孔徑的液滴尺寸數(shù)目分布，以噴嘴孔徑為0.315mm的曲線為例，小液滴尺寸范圍有一個波峰，然后會在中等尺寸范圍內(nèi)出現(xiàn)另一個波峰，但曲線總體上會出現(xiàn)先增后減的趨勢。若噴嘴孔徑減小其曲線相應的向左偏移，最高峰值變大，表明小顆粒液滴的數(shù)量增多，大顆粒液滴的數(shù)量減小，對應的霧化效果變好。

Experimental Study on the Law of Diesel Fuel Spray with Spraytech

Shao Chao1, Mu Wenle2, Cao Jianming1
（1.Automotive Institute, Chang'an University, Shaanxi Xi’an 710064; 2. JMC engine R & D, Jiangxi Nanchang 330052）

Spraytech is used to investigate the spray character of diesel fuel at the same nozzle diameter under different injecting pressure and the same injecting pressure under different nozzle diameter. Analyzing each operating point’s average diameter, characteristic diameter, the droplet size number distribution, and gaining the changing trend. The result shows that the nozzle diameter is fixed, increasing the injecting pressure make atomization effect very good; the nozzle opening pressure fixed, decreasing the nozzle diameter make the atomization effect very well.

Spraytech;spray character; diesel fuel

U473.1

A

1671-7988(2014)12-12-03

邵超，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院，主要研究方向為柴油機燃燒、噴霧過程。