李艷霞，張?chǎng)危ㄩL(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

柴油機(jī)射流碎裂的影響因素

李艷霞，張?chǎng)?br/>（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

液體射流霧化質(zhì)量對(duì)改善內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的燃燒過(guò)程非常重要，因此柴油噴霧射流碎裂影響因素的研究在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域中具有重要的使用價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。液膜碎裂的影響因素除了自身的物理因素（如粘度、表面張力、雷諾數(shù)）外，還有一些其他因素，如液體射流的溫度、射流速度和噴孔幾何形狀等，因此研究液體碎裂過(guò)程應(yīng)全面考慮這些因素對(duì)它的影響。

霧化；射流碎裂；影響因素

CLC NO.:TK 421Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-30-03

引言

在燃油噴射式的內(nèi)燃機(jī)中，燃燒是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)燃料霧化的非常好的時(shí)候才能提高燃燒效率，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性得以改善，達(dá)到降低排放的指標(biāo)；在非燃燒設(shè)備上，噴霧質(zhì)量的優(yōu)劣將會(huì)影響配套設(shè)備和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率及其產(chǎn)品的質(zhì)量和成本[1]。燃料的燃燒過(guò)程是當(dāng)今學(xué)術(shù)界研究的主要課題之一，如果要從根本上提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性而且更有效地控制排放，只有通過(guò)有效地控制燃燒過(guò)程。燃燒技術(shù)的進(jìn)步與噴霧技術(shù)的發(fā)展相關(guān)，兩者相互促進(jìn)，所以對(duì)噴霧進(jìn)行深入的研究相當(dāng)關(guān)鍵。霧化可以認(rèn)為是在內(nèi)、外力的作用下，液體的碎裂過(guò)程。研究液體的碎裂過(guò)程必須首先了解影響液膜碎裂的因素。

1、物理因素對(duì)液膜碎裂的影響

1.1 粘度對(duì)液膜碎裂的影響

粘性是最重要的液體性質(zhì)。低粘度的液膜非常容易碎裂成液片，而高粘度液膜則更易碎裂成液線。低粘度液膜碎裂形成的小顆粒液滴多。雖然粘度對(duì)噴霧影響程度不如表面張力，但是它的影響不僅體現(xiàn)在霧化液滴的尺寸分布，而且還有液體在噴嘴內(nèi)部的流動(dòng)速率和霧化的模式。液體粘度的增加將使雷諾數(shù)Re減小，減緩?fù)牧鞯陌l(fā)展，阻止噴霧圓射流或液膜射流的碎裂，使霧化液滴的尺寸增大。液體粘度降低將使雷諾數(shù)Re增大，加快湍流的發(fā)展，促進(jìn)噴霧圓射流或液膜射流的碎裂，使霧化液滴的尺寸減小。

除此之外，液體粘性對(duì)噴嘴內(nèi)部流動(dòng)的影響是非常復(fù)雜的。對(duì)于粘度低的液體，粘度的增大會(huì)使流動(dòng)速率增加，在這種情況下，噴嘴流通面積對(duì)流動(dòng)速率的影響是很大的。不過(guò)，對(duì)于粘度高的液體，流動(dòng)速率通常會(huì)隨著液體粘度的增大而減小。液體粘度的增大會(huì)使壓力旋轉(zhuǎn)噴嘴的噴霧錐角變窄，當(dāng)液體粘度很高時(shí)，錐形液束可能演變成一條長(zhǎng)長(zhǎng)的直線。對(duì)于燃油來(lái)講，液體的粘性通常會(huì)影響霧化的質(zhì)量，使之變差。

1.2 表面張力對(duì)液膜碎裂的影響

噴霧使連續(xù)的液體碎裂成為細(xì)小的液滴，液滴的穩(wěn)定將取決于液體的表面張力，它阻止液滴表面的變形，霧化所需要的最小能量就等于表面張力乘以液體表面積的增加量。因此，無(wú)論噴霧發(fā)生在何種條件下，表面張力都是霧化過(guò)程中十分重要的液體物理性質(zhì)。

1.3 雷諾數(shù)對(duì)液膜碎裂的影響

Ohnesorge[2]提出了圓柱液體碎裂與雷諾數(shù)Re有關(guān)的三種模式：當(dāng)?shù)屠字Z數(shù)低時(shí)，圓柱液體碎裂成幾乎同樣大小的球形液滴。這種模式被稱為圓柱液體碎裂的瑞利模式。中雷諾數(shù)下，圓柱液體的振動(dòng)隨空氣阻力的增大而增大，直到振動(dòng)使圓柱液體完全碎裂，這種模式成為圓柱液體碎裂的斷續(xù)模式。當(dāng)雷諾數(shù)高時(shí)，圓柱液體在噴嘴出口附近碎裂，霧化成大量的細(xì)小液滴，這種模式稱為霧化模式

1.4 密度對(duì)液膜碎裂的影響

壓力噴嘴的質(zhì)量流動(dòng)率將隨著液體密度的變化而改變，但是如果沒(méi)有液體其他的物理性質(zhì)和外部環(huán)境的影響，它的密度將很難改變。由于液體的可壓縮性極小，密度變化不大，所以在大多數(shù)情況下液體密度本身對(duì)霧化的影響很小。由于氣體的可壓縮性較大，所以氣液密度比對(duì)霧化過(guò)程的影響就不能忽略了。

2、外界因素對(duì)液膜碎裂的影響

2.1 溫度對(duì)液膜碎裂的影響[3]

溫度越高，燃油的表面張力和粘性下降，We主要受射流液體的表面張力和射流速度的影響，雷諾數(shù)主要受射流液體的粘度和射流速度的影響。在非加熱條件下的射流碎裂機(jī)理中，不考慮液體表面張力和粘度的變化。而在加熱條件下，射流液體表面張力和粘度的變化就不能忽視了。因此當(dāng)溫度升高時(shí)，燃油的表面粘力和粘性下降，因此韋伯?dāng)?shù)We減少和雷諾數(shù)Re增大，導(dǎo)致噴霧射流擾動(dòng)波的增長(zhǎng)。環(huán)境介質(zhì)溫度增高，噴霧射流表面溫度就增高，擾動(dòng)波的增長(zhǎng)率就增大，噴霧就越容易破碎和霧化。

2.2 速度對(duì)液膜碎裂的影響

液體的速度增高，周?chē)鷼怏w對(duì)液體的擾動(dòng)作用越大，碎裂長(zhǎng)度和碎裂時(shí)間越短，液體的細(xì)小顆粒會(huì)越多。液體的碎裂長(zhǎng)度和時(shí)間與液體的速度密切相關(guān)。隨著噴射速度的增大，當(dāng)液體處于層流狀態(tài)時(shí)，液體的碎裂長(zhǎng)度隨噴射速度的增大而呈直線增大；當(dāng)液體處于湍流狀態(tài)和霧化狀態(tài)時(shí)，液體的碎裂長(zhǎng)度極小，而且隨著速度的增加，碎裂長(zhǎng)度會(huì)越來(lái)越小。

2.3 噴嘴幾何形狀對(duì)液膜碎裂的影響

在研究圓射流時(shí)，采用噴口的長(zhǎng)徑比來(lái)定義不同噴嘴的幾何形狀。在水射流進(jìn)入常壓空氣的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)湍流速度在50m/s以下時(shí)，碎裂長(zhǎng)度在20-60mm的范圍內(nèi)隨流速的增大而增大，而在50-200m/s的流速下，碎裂長(zhǎng)度則隨流速的增加而減小。當(dāng)噴口的長(zhǎng)徑比從4增大到20時(shí)，碎裂長(zhǎng)度逐漸減?。欢?dāng)長(zhǎng)徑比從20增大到50時(shí)，碎裂長(zhǎng)度又逐漸增大。

3、總結(jié)

本文主要對(duì)影響液膜碎裂物理和其他環(huán)境因素進(jìn)行了闡述。這些因素對(duì)噴霧的研究至關(guān)重要，要想研究噴霧碎裂機(jī)理，首先必須了解這些因素是如何影響液膜碎裂的。本篇論文為噴霧的研究提供了一些理論基礎(chǔ)。

[1] 程前.柴油機(jī)與LPG/柴油雙燃料混合噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的特性對(duì)比研究[D]. 西安, 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2003. 4.

[2] Ohnesorge W. Formation of drops by nozzles and the breakup of liquid jets. Z. Angew. Math. Mech.1936, 16:355-358.

[3] 丁寧，杜清，等加熱條件下液膜射流破碎尺度影響因素研究.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào).2003,1:53-56.

[4] 馬志義.噴霧中液滴破裂機(jī)理的研究.車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，1997，（4）：11-14.

Loca lMotors公布3D打印設(shè)計(jì)賽獲獎(jiǎng)車(chē)型

LocalMotors print design contest w inners announced 3D models

Local Motors公司宣布了發(fā)起“3D打印汽車(chē)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽”的通知，此次活動(dòng)獲獎(jiǎng)的汽車(chē)設(shè)計(jì)將被打印，并在“IM TS制造”展上展示，“IMTS制造”- 2014年芝加哥國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)，將在2014年9月8日至13日在伊利諾伊州舉行。

為其六個(gè)星期的挑戰(zhàn)賽從4月13日開(kāi)始，超過(guò)1萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金將頒發(fā)給各種項(xiàng)目的獲獎(jiǎng)?wù)?，獲獎(jiǎng)項(xiàng)目獎(jiǎng)在5月30公布。

2014年1 月，Local Motors和美國(guó)能源部的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL ）簽署了一項(xiàng)新的伙伴關(guān)系，雙方共同開(kāi)發(fā)并交付世界上第一個(gè)可生產(chǎn)的3D打印的汽車(chē)。

Local Motors將用橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的増/減材混合制造機(jī)器，打印全尺寸全功能電動(dòng)汽車(chē)。

本次3D打印汽車(chē)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽就是尋求在方法上的創(chuàng)新，而這種創(chuàng)新把增材制造與減材制造有機(jī)地組合，用在汽車(chē)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)上面。

Factors engine jet fragmentation

Li Yanxia, Zhang Xin
（Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064）

The of quality Liquid jet atomization is very important for improving the combustion process in the cylinder of combustion engine, so the research of influence factor of the diesel spray jet has important value and academic significance in the field of combustion engine .The influence factors of the breakup of the liquid are not only contain their own physical factors (such as viscosity, surface tension, Reynolds number), but also contain some other factors, such as the temperature of the liquid jet, jet velocity and geometry of the nozzle and so on, so The research of the process liquid breakup should fully consider the impact of these factors on it.

Atom ization；liquid breakup；The in fluence factor

TK421

A

1671-7988(2014)06-30-03

李艷霞，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)。