基于马尔文法测量柴油雾化规律的实验研究

邵超，穆文乐，曹建明

（1.长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064；2.江铃汽车股份有限公司发动机研发部，江西 南昌 330052）

基于马尔文法测量柴油雾化规律的实验研究

邵超1，穆文乐2，曹建明1

（1.长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064；2.江铃汽车股份有限公司发动机研发部，江西 南昌 330052）

使用马尔文法测定在同一喷嘴孔径下不同启喷压力和同一启喷压力不同喷嘴孔径的柴油雾化特性,分析每个工况点的平均直径、特征直径、发散度、液滴尺寸数目分布，得到其变化趋势。结果表明：喷嘴孔径固定，增大启喷压力雾化效果变好；启喷压力固定，减小喷嘴孔径，雾化效果变好。

马尔文法；喷雾特性；柴油

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

引言

在发动机的工作过程中，燃油的雾化效果直接关系到燃烧的稳定性，从而关系到发动机动力性和经济性。现在许多科研院所及相关机构开始研究如何提高燃油的雾化效果及其评价方法。本文主要研究利用马尔文喷雾激光粒度分析仪的测量方法，以及对不同工况点下测量结果的分析。

1、马尔文喷雾激光粒度分析仪简介

马尔文喷雾激光粒度分析仪依据的理论基础是米氏理论，其实物如图1所示。其采用的是激光衍射技术，使用了2个透镜系统，可以测量直径在0.1～2500 µm范围之内的液滴，其测量取样频率可达10kHz。马尔文喷雾激光粒度仪具有稳定性好、操作简单、重复性好同步性强等优点。而且有专用的上位机测量结果分析软件供用户使用。

2、实验设备及设备参数的设定

试验台的简图如图2所示，其包括燃油单次喷射系统和马尔文检测系统。实验时需对与马尔文粒度分析仪相连的上

位机软件进行参数设置。因为喷射液体为柴油，所以将折射率设为1.47，密度设定为0.854g/ml。单次喷射系统是由手压喷油泵，和不同孔径和不同启喷压力的喷嘴组成。

3、实验方案

应用马尔文粒度分析仪分析不同的孔径和不同的启喷压力下柴油的喷雾粒径。具体的实验方案如下：

（1）观察在同一喷嘴孔径下，不同的启喷压力对液滴尺寸的影响。具体的设定为喷嘴孔径为0.315mm，观察分别在16MPa、20MPa、24MPa的启喷压力下柴油液滴的平均直径、特征直径、发散度、尺寸数目分布的变化。

（2）比较在相同的启喷压力下，不同的喷嘴孔径对液滴尺寸的影响。具体的设定为喷嘴的启喷压力为20MPa，观察喷嘴孔径分别在0.26mm、0.315mm、0.366mm下柴油液滴的特征直径、平均直径、发散度、尺寸数目分布的变化。

4、实验结果及分析

每做一组实验，上位机程序会自动保存每组实验的数据，我们只需要将结果文件的文件名重新命名以方便辨识。

4.1 同一孔径不同启喷压力下液滴尺寸的变化

该情况下主要针对的是喷嘴直径为0.315mm，启喷压力为16MPa、20MPa、24MPa下的三个工况点液滴粒径变化。

表1 不同启喷压力下的特征直径和平均直径

测得的平均直径和特征直径如表1所示。从表中可以看出相同的喷嘴孔径下，随着启喷压力的逐渐增大，液滴的各类参数都呈减小趋势。则表明了在相同的喷嘴孔径下，随着启喷压力的增大，液滴的直径变小，小颗粒液滴变多，大颗粒液滴变少，雾化效果进一步提升。

表2 不同启喷压力下的发散度

从表2中可以看出随启喷压力的增大，液滴的变化范围在减小，说明液滴的尺寸分布变的更加均匀。

在图3中表示了柴油液滴的尺寸数目分布，依20MPa这条曲线为例，在小液滴尺寸范围有一个波峰，然后会在中等尺寸范围内出现另一个波峰，但曲线总体上呈现先增后减的趋势。若启喷压力增大，其曲线相应的向左偏移，最高峰值变大，表明小颗粒的液滴数量增多，大颗粒液滴数量变小，对应的雾化效果变好。

4.2 同一启喷压力不同孔径下液滴尺寸的变化

该情况下主要针对的是启喷压力为20Mpa，喷嘴孔径为0.26mm、0.315mm、0.366mm下的三个工况点液滴粒径变化。

表3 不同喷嘴直径下的特征直径和平均直径

测得的平均直径（D32、D43）与特征直径（D0.1、D0.5、D0.9、D0.999）如表3所示。从表中可以看出在20Mpa的启喷压力下，随着喷嘴直径的减小，其对应的液滴平均直径和特征直径都相应的减小。这就说明了，随喷嘴直径的减小雾化质量变好。因此，我们可以在启喷压力不变的情况下，通过减小喷嘴直径，改善雾化效果。

表4 不同喷嘴孔径下的发散度

表4表示了在同一启喷压力20MPa下，不同喷嘴孔径下的液滴发散度。从表中可以看出随喷嘴孔径的减小，液滴相对尺寸范围在减小，表明液滴的发散度在减小，在相应的液滴尺寸范围内分布越均匀。但是随着喷嘴孔径的变化，液滴发散边界的数值变化不大，表明液滴发散边界的变化受喷嘴孔径的影响不大。

图4表示了相同启喷压力下不同喷嘴孔径的液滴尺寸数目分布，以喷嘴孔径为0.315mm的曲线为例，小液滴尺寸范围有一个波峰，然后会在中等尺寸范围内出现另一个波峰，但曲线总体上会出现先增后减的趋势。若喷嘴孔径减小其曲线相应的向左偏移，最高峰值变大，表明小颗粒液滴的数量增多，大颗粒液滴的数量减小，对应的雾化效果变好。

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，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，主要研究方向为柴油机燃烧、喷雾过程。