碰撞角度对燃油雾化性能的影响研究

彭畅，戴仁杰，武奎，刘德锋，曹建明



碰撞角度对燃油雾化性能的影响研究

彭畅，戴仁杰，武奎，刘德锋，曹建明

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

试验采用马尔文激光粒度分析仪对无碰撞喷射和不同碰撞喷射角度的雾化质量进行了试验研究，以尺寸分布情况、平均直径、特征直径以及尺寸发散情况为对比参数进行比较，结果表明碰撞喷射有助于液滴的细化，并且在某一碰撞喷射角度下达到最佳雾化效果。

马尔文；碰撞喷射；雾化质量

引言

发动机的性能直接受燃烧室喷雾特性的影响，在国家对排放法规日益严格的今天，如何兼顾发动机经济性能、动力性能和排放标准显得尤为重要，燃油的喷雾特性研究由此得到广泛的重视。本试验在喷雾质量分析系统试验台上，利用马尔文Spraytec粒度分析仪，测得无碰撞和不同碰撞喷射角度下的喷雾尺寸分布，获取索特平均直径[1]，分析计算各特征直径及发散度，通过分析各工况下的雾化效果得出最佳碰撞喷射角。

1 喷雾特性试验

试验选用两个完全一样的特制单孔喷嘴，喷油压力为21MPa。本实验采用马尔文法[2]从微观角度研究雾化液滴尺寸分布，分析不同碰撞喷射角度下柴油的雾化质量。测试系统如图1所示。测试系统主要由马尔文激光粒度仪、装有马尔文控制软件的计算机和喷射系统组成。马尔文粒度分析仪，采用激光衍射技术对喷入激光束中的粒子进行采集，并测量雾场中粒子的直径，具有操作简便，测试可靠、精度高，重复性好，快速实时的特点。对发动机喷雾的测量多采用750mm透镜，测量范围为2~2000μm，可以满足本实验要求。喷射系统喷射油雾粒子，马尔文控制软件控制激光粒度仪发射激光束，接收喷入激光束的粒子，由计算机分析计算出粒子的尺寸数目分布和索特平均直径。

图1 微观喷雾特性测试系统

2 实验结果分析

2.1 雾化油滴的尺寸数目分布及累积体积分布

图2 尺寸数目分布

图2给出了不同工况下燃油雾化获取的尺寸数目分布，较碰撞后获取的尺寸数目分布而言，无碰撞的PDFN曲线峰值所对应的尺寸较大，但四者峰值大小相差不大，均为10%~12%，结果表明，碰撞有助于液滴粒径细化。对比17度、30度、35度碰撞夹角结果可知，在尺寸为0~4 μm之间，35度碰撞夹角占比>30度碰撞夹角占比>17度碰撞夹角占比，表明大碰撞夹角更有助于细小颗粒的形成。

图3 累积体积分布

图3给出了雾化油滴在不同工况下的累积体积分布，大粒径液滴占比对Vc影响较大，在尺寸为0~10μm之间时，四者基本上没有差别，在尺寸为10~100μm之间时，17度碰撞夹角结果明显在其它三种工况左上侧，30度碰撞夹角与35度碰撞夹角结果差别较小，但均位于无碰撞结果左上侧，结果表明碰撞可以降低大粒径液滴的出现频率。

综合图2、图3可知，碰撞有助于液滴的细化，减少大液滴粒径的出现频率；不同碰撞夹角结果表明，随着碰撞夹角的增加，小粒径占比增多，但大粒径液滴的出现频率也有一定的增多，综合结果表明，17度碰撞夹角的结果最佳。

2.2 雾化油滴的平均直径、特征直径及发散情况

喷雾液滴平均直径的概念是由 Mugele 和 Eyans 提出的概念[3]，其中索特平均直径是最常用的指标，表示雾化油滴的体积与面积之比。雾化油滴的尺寸发散表示油滴从最小直径到最大直径的范围，一般平均直径越小，液滴的尺寸范围也越小，尺寸分布的曲线窄而尖。发散可以用均匀度[4]、相对尺寸范围、发散度、发散边界等指标来评价。相对尺寸范围和发散边界是表示液滴尺寸发散最常用的指标。试验获取各指标大小如表1所示。

表1 雾化油滴的平均直径、特征直径及发散度

由表1数据可知，无碰撞时的索特平均直径明显大于经由碰撞后的索特平均直径，且索特平均直径随碰撞夹角的增加而增加；四者的发散情况之间没有明显的关系，但17度碰撞夹角时，各指标均小于无碰撞时，表明17度碰撞夹角时雾化获取的粒径的均匀度较高。

3 结论

（1）碰撞喷射有助于液滴的细化，可以降低大粒径液滴的出现频率。

（2）随着碰撞夹角的增加，小粒径占比增多，但大粒径液滴的出现频率也有一定的增多，在某一碰撞喷射角度下达到最佳雾化效果。

[1] 曹建明.液体喷雾学[M].北京:北京大学出版社.2013.7.

[2] 武奎,李雯霖,张叶娟,等.纯柴油喷雾特性试验研究[J].汽车实用技术.2017, (12): 212-213.

[3] Mugele R,Evans H D.Droplet Size Distributions in Sprays[J]. Ind. Eng. Chem, 1951, 43 (6) :1371-1324.

[4] Tate R W.Some problems associated with the accurate representation of drop-size distributions.Madison:Proc.of the 2nd International Conference on Liquid Atomization and Sprays.1982:341-351.

Study on the Influence of Collision Angle on Fuel Atomization Performance

Peng Chang, Dai Renjie, Wu Kui, Liu Defeng, Cao Jianming

（Automobile Faculty, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064）

The atomization quality of pure diesel oil at different collision injection angles was studied by using Malvern laser particle size analyzer. The size distribution, mean diameter, characteristic diameter and dimensional divergence were compared. The results show that the collision injection is helpful to refine the droplets, and the best atomization quality can be achieved at a certain collision injection Angle.

Malvern;collision injection; atomization quality

B

1671-7988(2019)05-92-02

U467

B

1671-7988(2019)05-92-02

U467

彭畅，就读于长安大学。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.027