燃料在亞/超臨界環(huán)境下的噴射現(xiàn)象學(xué)研究

馬志豪,賈義,陳占耀,李亞楠,胡二江

(1.河南科技大學(xué)車輛與交通工程學(xué)院, 471003, 河南洛陽(yáng); 2.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院, 710049, 西安)

增壓是提高內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低有害物排放的重要措施,已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。隨著增壓技術(shù)的普及,缸內(nèi)壓力不斷提高,當(dāng)燃料噴入缸內(nèi)、尤其在噴射后期時(shí),環(huán)境壓力和溫度已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)燃料的臨界點(diǎn)。伴隨著燃料的噴射、霧化、蒸發(fā)、氣化以及燃燒過(guò)程的進(jìn)行,部分燃料將進(jìn)入超臨界環(huán)境噴射(環(huán)境溫度和壓力均超過(guò)燃料臨界值的噴射)[1-2]。液體燃料由亞臨界向超臨界流體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中,表面張力和汽化潛熱逐漸趨近于零,比定壓熱容和密度等熱力學(xué)特性參數(shù)隨著溫度和壓力的變化產(chǎn)生劇烈變化。液體燃料噴射入超臨界環(huán)境后,由于燃料熱力學(xué)特性參數(shù)的變化,噴射及混合過(guò)程將不同于傳統(tǒng)的方式。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于碳?xì)淙剂显诔R界條件下的噴射特性做了一些試驗(yàn)研究。Wensing等通過(guò)觀察定容燃燒彈內(nèi)液體由亞臨界狀態(tài)進(jìn)入超臨界狀態(tài)時(shí)氣液界面的變化,發(fā)現(xiàn)當(dāng)液體進(jìn)入超臨界環(huán)境后氣液界面變得模糊,通過(guò)陰影法、米勒散射和激光誘導(dǎo)熒光法觀察超臨界條件下噴射的形貌特征,得出傳統(tǒng)的噴射模型不適用于超臨界環(huán)境下噴射的結(jié)論[3]。Chehroudi等利用陰影法細(xì)致地觀察了超臨界環(huán)境下的射流,發(fā)現(xiàn)在超臨界溫度、環(huán)境壓力略低于臨界值的條件下,射流過(guò)程中已觀測(cè)不到液滴的存在,并認(rèn)為是表面張力和汽化潛熱的降低所致[4]。對(duì)比可壓縮和不可壓縮流體的初始噴射錐角,發(fā)現(xiàn)在超臨界環(huán)境下的流體噴射類似于氣體噴射。Anitescu等利用陰影法拍攝超臨界燃油噴射到亞臨界環(huán)境的圖像,發(fā)現(xiàn)射流陰影變淺的現(xiàn)象[5]。Dahms等研究了正十二烷噴射到直噴柴油機(jī)缸內(nèi)環(huán)境的噴射現(xiàn)象,并建立模型進(jìn)行仿真研究,發(fā)現(xiàn)在超臨界環(huán)境下的氣液界面比亞臨界條件下更加平順與光滑[6]。Falgout等利用彈道成像技術(shù)證實(shí)了超臨界流體混合邊界層的存在,并發(fā)現(xiàn)在超臨界環(huán)境下觀測(cè)不到氣液界面、液帶、液絲以及液滴,并且超臨界環(huán)境下的噴射呈現(xiàn)出一種類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的紊流混合層的狀態(tài),接近于氣體噴射[7]。Wu等利用陰影法拍攝超臨界燃油噴射到亞臨界環(huán)境的圖像,觀察到了馬赫盤(pán)的存在,并得出超臨界射流非常接近可壓縮氣體射流的結(jié)論[8-9]。Falgout等利用彈道成像法和陰影法詳細(xì)地觀測(cè)了柴油、正丁醇、十二烷以及十六烷在亞/超臨界條件下噴射油束的形態(tài)學(xué)變化,在彈道成像的圖像中觀測(cè)到超臨界環(huán)境下噴射油束的邊緣出現(xiàn)了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而在陰影法的圖像中觀測(cè)到超臨界條件下噴射邊界出現(xiàn)了類似紋影圖像的結(jié)構(gòu),并把這種現(xiàn)象歸因于表面張力和汽化潛熱的降低[10]。Roy等利用激光誘導(dǎo)熒光成像技術(shù),系統(tǒng)地觀測(cè)了超臨界射流內(nèi)部濃度分布、濃度梯度分布和射流邊界上的凝結(jié)現(xiàn)象,并得出射流凝結(jié)與否與射流溫度和環(huán)境溫度的乘積相關(guān)的結(jié)論[11]。Banuti等針對(duì)超臨界環(huán)境下噴射潛在核心的密度變化,提出了超臨界環(huán)境條件下噴射的熱力學(xué)破碎理論[12-13]。

本課題組一直致力于研究亞/超臨界條件下碳?xì)淙剂弦旱蔚恼舭l(fā)與燃燒以及燃料噴射的霧化、蒸發(fā)和燃燒特性,已經(jīng)研究了單滴碳?xì)淙剂显趤?超臨界環(huán)境下蒸發(fā)和燃燒的特性,研究結(jié)果表明單滴碳?xì)淙剂显诔R界條件下能相對(duì)更早地完成燃料和環(huán)境氣體的混合,并且液滴燃燒的時(shí)間在超臨界條件下隨壓力的增加不再繼續(xù)減小,而是趨于穩(wěn)定值[14-15]。為探究超臨界環(huán)境條件下的噴射過(guò)程,本文在高壓定容燃燒彈內(nèi)利用高壓共軌燃料噴射系統(tǒng)開(kāi)展燃料在亞/超臨界條件下噴射過(guò)程的研究。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

亞/超臨界環(huán)境下噴射過(guò)程的研究是在高壓定容燃燒彈系統(tǒng)上進(jìn)行的。高壓定容燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示,主要包括定容燃燒彈、高速攝像機(jī)、高壓共軌燃料噴射系統(tǒng)和單次噴射儀等。定容燃燒彈內(nèi)部裝有電加熱絲和熱電偶,用于加熱和測(cè)量定容燃燒彈內(nèi)部的環(huán)境溫度,電加熱絲位于定容燃燒彈底部,熱電偶位于定容燃燒彈側(cè)壁中部,并且與壁面隔熱以保證所測(cè)溫度為定容燃燒彈內(nèi)部環(huán)境溫度;定容燃燒彈的兩側(cè)布置有直徑為100 mm、厚度為75 mm的JGS2光學(xué)石英玻璃窗口,便于采集定容燃燒彈內(nèi)部的噴射過(guò)程,光學(xué)石英玻璃能承受7 MPa的壓力和1 375 K的溫度,滿足超臨界環(huán)境條件下試驗(yàn)的需要;定容燃燒彈的側(cè)面安裝有進(jìn)、排氣孔,高壓氣瓶與定容燃燒彈的進(jìn)氣口相連以提供所需環(huán)境壓力,排氣孔用于排出廢氣;定容燃燒彈端蓋上布置有噴油器安裝孔;定容燃燒彈內(nèi)部布置有陶瓷纖維隔熱層,能有效減少熱量傳遞,保證內(nèi)部環(huán)境溫度的實(shí)現(xiàn)。采用NAC Memrecam GX-8高速攝像機(jī)和MICRO NIKOR 60 mm鏡頭記錄燃油的噴射過(guò)程,相機(jī)拍攝頻率設(shè)置為10 000幀/s,曝光時(shí)間為100 μm。燃油供給系統(tǒng)采用Bosch高壓共軌試驗(yàn)臺(tái),配備有恒溫裝置,保證燃油溫度一致;高壓共軌的壓力最高可達(dá)到160 MPa;噴油器采用Bosch電控噴油器,噴孔是直徑為0.12 mm、壁厚為1 mm的倒錐形結(jié)構(gòu),經(jīng)過(guò)擠壓研磨,研磨后K系數(shù)為0.7,研磨后流量系數(shù)為0.51。單次噴射儀為法國(guó)EFS公司的8426和8427模塊,能調(diào)節(jié)燃油噴射脈寬和噴油規(guī)律,實(shí)現(xiàn)噴油器噴油的準(zhǔn)確控制。

圖像的采集使用背光法:依靠光的散射原理,類似眼睛看物體,記錄燃油噴射的液相部分或者密度較大的超臨界流體部分[16]。背光法通過(guò)光源和兩塊平面鏡來(lái)實(shí)現(xiàn),試驗(yàn)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)平面鏡和光源的角度與位置使反射光照亮定容燃燒彈內(nèi)部的流場(chǎng),然后通過(guò)高速攝像機(jī)記錄噴射過(guò)程。試驗(yàn)時(shí)還要避免光源成像在鏡頭中。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

試驗(yàn)過(guò)程中使用真空泵將定容燃燒彈內(nèi)部環(huán)境抽成真空,然后通過(guò)高壓氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)對(duì)定容燃燒彈內(nèi)部環(huán)境的加壓;利用變壓器調(diào)節(jié)電加熱絲的輸出功率來(lái)控制定容燃燒彈的內(nèi)部溫度。加熱過(guò)程中噴油器也會(huì)被加熱,導(dǎo)致油嘴內(nèi)部燃油溫度提高,經(jīng)過(guò)多次測(cè)定,噴油嘴內(nèi)部燃油溫度可達(dá)365 K左右;試驗(yàn)中油嘴內(nèi)部燃油壓力為100 MPa,查詢NIST數(shù)據(jù)[17],此時(shí)燃油為液態(tài),密度為0.687 2 g/cm3。當(dāng)燃料的溫度提高(或者降低)50 K時(shí),燃油仍為液態(tài),并且相同噴射脈寬下燃油噴射量的變化在4.1%以內(nèi),因此燃油溫度的波動(dòng)對(duì)燃油噴射量的影響可以忽略不計(jì)。當(dāng)定容燃燒彈的內(nèi)部壓力和溫度至設(shè)定值時(shí),同時(shí)觸發(fā)單次噴射儀和高速攝像機(jī),記錄下燃油噴射的過(guò)程。

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)采用的燃料為正己烷(C6H14,臨界壓力Pc=3.034 MPa,臨界溫度Tc=507.82 K)。燃料的噴射壓力為100 MPa,噴射脈寬為5 ms,噴射時(shí)燃料溫度約為365 K。噴射環(huán)境的壓力和溫度分別從亞臨界變化到超臨界,噴射環(huán)境的具體參數(shù)如表1所示。

表1 噴射的環(huán)境參數(shù)

注:對(duì)比壓力為環(huán)境壓力與臨界壓力的比值;對(duì)比溫度為環(huán)境溫度與臨界溫度的比值。

從表1可知:試驗(yàn)環(huán)境的對(duì)比溫度從0.93變化到1.13,對(duì)比壓力從0.83變化到1.2,試驗(yàn)范圍處在臨界點(diǎn)附近,這主要是受限于試驗(yàn)設(shè)備所能承受的壓力和溫度;在后期的試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),雖然燃油噴射的環(huán)境在臨界點(diǎn)附近,但亞/超臨界環(huán)境條件下采用背光法拍攝的噴射圖像依然有較大的差別。

1.3 試驗(yàn)環(huán)境條件下燃料物性的變化

試驗(yàn)中亞臨界狀態(tài)的正己烷被噴射入超臨界環(huán)境中,燃油會(huì)進(jìn)行亞臨界狀態(tài)向超臨界狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。亞臨界流體向超臨界流體轉(zhuǎn)變的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱力學(xué)特性參數(shù)的變化,試驗(yàn)條件下正己烷部分熱力學(xué)特性參數(shù)的變化如圖2所示,圖中數(shù)據(jù)來(lái)源于NIST數(shù)據(jù)[17]。

由圖2可知:亞臨界壓力(小于3.034 MPa)下燃料的密度在沸點(diǎn)處發(fā)生突變,比定壓熱容出現(xiàn)峰值;臨界壓力(3.034 MPa)和超臨界壓力(大于3.034 MPa)下燃料的密度不再出現(xiàn)斷點(diǎn),比定壓熱容隨著溫度的升高出現(xiàn)最大值,并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于亞臨界環(huán)境壓力下沸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比定壓熱容峰值。比定壓熱容達(dá)到峰值時(shí)燃料密度迅速降低,類似亞臨界流體沸騰的特征。Kafengauz等把這種超臨界流體出現(xiàn)的類似亞臨界流體沸騰的現(xiàn)象稱作“偽沸騰”,并把超臨界條件下出現(xiàn)比定壓熱容峰值的點(diǎn)在P-T相圖上連接起來(lái),形成一條“偽沸騰”線,把超臨界流體區(qū)分為“類液體”和“類氣體”兩部分[18-19],如圖3所示。綜上,燃料在臨界點(diǎn)和“偽沸騰”線附近密度和比定壓熱容發(fā)生劇變,會(huì)對(duì)燃油噴射的形態(tài)產(chǎn)生較大影響。

圖2 亞/超臨界狀態(tài)的正己烷部分熱力學(xué)特性參數(shù)

圖3 處于超臨界環(huán)境下的正己烷P-T相圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

由于定容燃燒彈內(nèi)的環(huán)境氣體由位于其底部的電加熱絲加熱,因此加熱過(guò)程中定容燃燒彈內(nèi)的溫度場(chǎng)分布不均勻,從而導(dǎo)致熱氣流擾動(dòng)。背光法使用的是發(fā)散光,不受紊亂的溫度場(chǎng)干擾,背景穩(wěn)定,易于獲得噴射的圖像,但背光法對(duì)流場(chǎng)密度變化的敏感度較低,只能記錄燃油密度較大的位置。雖然超臨界狀態(tài)的“類液體”擁有和液體相近的密度,但試驗(yàn)條件下超臨界燃油在由“類液體”向“類氣體”轉(zhuǎn)變的同時(shí)密度迅速降低,因此背光法只能記錄噴射過(guò)程中的液相和超臨界狀態(tài)的“類液體”部分。對(duì)于結(jié)果分析中出現(xiàn)的噴射時(shí)刻,均是以噴油開(kāi)始時(shí)刻為起點(diǎn);結(jié)果分析中出現(xiàn)的圖像都是背光法減除背景的圖像,即選取噴射開(kāi)始時(shí)刻前的一張圖片作為背景圖片,然后將噴射圖片依次與背景圖片相減,如圖4所示。對(duì)于背光法拍攝的圖像,本文用噴射錐角和噴射長(zhǎng)度來(lái)描述噴射油束的分散角度和貫穿度。

(a)背景圖片 (b)噴霧圖片 (c)處理結(jié)果圖4 圖片處理過(guò)程

2.1 亞/超臨界條件下的噴射圖像

亞/超臨界條件下流體熱力學(xué)特性的差異,必然導(dǎo)致噴射形態(tài)的不同。圖5所示為亞/超臨界環(huán)境條件下背光法記錄的不同噴射時(shí)刻的噴射圖像。由圖5a可知,高溫環(huán)境下的亞臨界流體噴射呈現(xiàn)出一條短小的噴射油束,擁有較小的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度,并且持續(xù)到噴射結(jié)束;由圖5b可知,超臨界環(huán)境條件下的噴射油束呈現(xiàn)出較大的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度,并且隨著噴射的進(jìn)行,噴射中后期(不受噴射臨近結(jié)束的影響)的噴射長(zhǎng)度和噴射錐角大幅減小。

(a)對(duì)比壓力為0.83

(b)對(duì)比壓力為1.07圖5 對(duì)比溫度為1.07時(shí)正己烷在亞/超臨界條件 下的噴射圖像

亞臨界壓力、超臨界溫度下的燃油噴射受燃料沸點(diǎn)的影響迅速氣化蒸發(fā)形成短小的噴射油束,并且在蒸發(fā)擴(kuò)散和持續(xù)噴射的共同作用下,噴射油束變化較小。超臨界環(huán)境條件下,燃油溫度不再出現(xiàn)亞臨界條件下的沸點(diǎn),而是出現(xiàn)“偽沸騰”點(diǎn)?！皞畏序v”點(diǎn)相比于亞臨界壓力下的沸點(diǎn)具有較高的溫度,并且燃料在“偽沸騰”點(diǎn)的比定壓熱容遠(yuǎn)大于亞臨界壓力下沸點(diǎn)的比定壓熱容。燃油以相同的狀態(tài)噴射入相同溫度、不同壓力下的環(huán)境中,由于壓力相差較小,導(dǎo)熱系數(shù)相差不大。亞臨界壓力下,燃油在溫度較低的沸點(diǎn)(在對(duì)比壓力0.83下為494 K,在對(duì)比壓力1.2下“偽沸騰”點(diǎn)溫度為511 K)進(jìn)行氣化,并且沸點(diǎn)處的比定壓熱容(在對(duì)比壓力0.83下為457.5 J/(mol·K))遠(yuǎn)小于“偽沸騰”點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值2 487.3 J/(mol·K),燃油在亞臨界環(huán)境下迅速氣化蒸發(fā),而超臨界條件下需要吸收更多的熱量才能跨越“偽沸騰”線,實(shí)現(xiàn)“類液體”向“類氣體”的轉(zhuǎn)變,完成氣化過(guò)程。由于傳熱速度有限,并且亞臨界條件下吸收更少的熱量就能實(shí)現(xiàn)氣化過(guò)程,因此亞臨界環(huán)境下的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度相比于超臨界環(huán)境下均較小。

2.2 超臨界條件下的噴射圖像

當(dāng)液體燃料噴入超臨界環(huán)境后,噴射的發(fā)展過(guò)程如圖6所示。從圖中可以看出:相同溫度、相同噴射時(shí)刻、不同壓力下的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度差異較大。對(duì)比壓力為1.07和1.13下的噴射油束先表現(xiàn)出較大的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度,隨著噴射過(guò)程的進(jìn)行大幅減小,而對(duì)比壓力為1.2下的噴射油束在噴射初期就表現(xiàn)出穩(wěn)定的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度。圖7為圖6所示的3種環(huán)境在P-T相圖上的分布情況。由圖可知:3種環(huán)境條件都分布在燃油超臨界狀態(tài)的“類氣體”區(qū)。試驗(yàn)時(shí)燃油噴射入超臨界環(huán)境中,燃油吸收環(huán)境氣體的熱量,在燃油溫度達(dá)到“偽沸騰”線溫度時(shí)進(jìn)行“類液體”向“類氣體”的轉(zhuǎn)變。在相同的環(huán)境溫度下,隨著環(huán)境壓力的提高,燃料的“偽沸騰”線溫度提高,燃料越不容易從環(huán)境氣體中吸收足夠熱量達(dá)到“偽沸騰”線溫度,燃油噴射的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度也就會(huì)越大。參考圖2可知:圖6所示的3種環(huán)境壓力下,隨著環(huán)境壓力的提高,燃油在“偽沸騰”線處的比定壓熱容迅速降低,也就意味著燃油越容易達(dá)到環(huán)境溫度,即燃油越容易氣化,噴射錐角和噴射長(zhǎng)度就會(huì)越小。綜合燃料的“偽沸騰”線溫度和比定壓熱容的變化,以及所處氣體環(huán)境可知:圖6a、6b的環(huán)境溫度超過(guò)“偽沸騰”線的值相比于圖6c較大,但燃料在“偽沸騰”線處的比定壓熱容遠(yuǎn)大于圖6c所對(duì)應(yīng)的值,在兩者共同的作用下,圖6a、6b的噴射油束氣化過(guò)程相比于圖6c較慢,導(dǎo)致噴射錐角和噴射長(zhǎng)度差別較大。

(a)對(duì)比壓力為1.07

(b)對(duì)比壓力為1.13

(c)對(duì)比壓力為1.2圖6 對(duì)比溫度為1.03時(shí)超臨界條件下的噴射圖像

對(duì)比圖5a、圖6c可以發(fā)現(xiàn):亞臨界環(huán)境和超臨界環(huán)境的噴射在初期就形成了穩(wěn)定的噴射油束,但超臨界條件下的噴射油束表現(xiàn)出較大噴射錐角和噴射長(zhǎng)度。亞臨界條件下的噴射油束受燃料沸點(diǎn)的影響迅速氣化蒸發(fā),形成短小的液態(tài)核心;超臨界條件下,圖6c所處環(huán)境的對(duì)比壓力為1.2,該壓力對(duì)應(yīng)的“偽沸騰”線溫度為520 K,而環(huán)境溫度為523 K,溫差較小,并且在“偽沸騰”線溫度處的比定壓熱容遠(yuǎn)大于圖5a所對(duì)應(yīng)的值,燃油無(wú)法從環(huán)境氣體吸收足夠熱量而快速地由超臨界狀態(tài)的“類液體”向“類氣體”轉(zhuǎn)變[20],導(dǎo)致噴射過(guò)程中表現(xiàn)出較大的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度。

圖7 圖6的環(huán)境條件在相圖上的分布

2.3 噴射錐角和噴射長(zhǎng)度

通過(guò)編寫(xiě)Matlab程序獲取噴射圖像的形態(tài)學(xué)參數(shù),其中噴射錐角和噴射長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)如圖8和圖9所示。圖8中的噴射錐角是在噴射時(shí)間為2 ms、距噴嘴50倍噴孔直徑的位置測(cè)量的,圖9是噴射開(kāi)始后2 ms所測(cè)噴射長(zhǎng)度。在噴射時(shí)間為2 ms時(shí),噴油嘴針閥升程已達(dá)最大并基本穩(wěn)定在最大針閥升程,此時(shí)已經(jīng)不受噴射初期燃油噴射波動(dòng)的干擾;在距噴嘴50倍噴孔直徑的距離處,噴射位于傳統(tǒng)噴射的無(wú)損液核區(qū)部位,燃油射流沒(méi)有發(fā)生分裂破碎,便于觀測(cè)亞/超臨界環(huán)境下燃油噴射的差異。

圖8 亞/超臨界條件下的噴射錐角

由圖8和圖9可知:當(dāng)環(huán)境壓力小于臨界壓力時(shí),隨著環(huán)境溫度的增加,相同壓力下的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度逐漸減小;隨著環(huán)境壓力的增大,相同溫度下的噴射錐角逐漸增大,而噴射長(zhǎng)度逐漸減小。由于燃料的噴射環(huán)境處于亞臨界條件,噴射錐角和噴射長(zhǎng)度隨著環(huán)境溫度和壓力的變化和傳統(tǒng)的噴射規(guī)律趨于一致。當(dāng)環(huán)境溫度小于臨界溫度時(shí),隨著環(huán)境壓力的增加,噴射錐角呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì),而噴射長(zhǎng)度表現(xiàn)為小幅減小。當(dāng)環(huán)境溫度為超臨界溫度、環(huán)境壓力由亞臨界壓力變化至超臨界壓力時(shí),相同噴射時(shí)刻的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度都大幅增大,這主要是由亞/超臨界環(huán)境條件下噴射的氣化過(guò)程差異導(dǎo)致的。進(jìn)入超臨界環(huán)境后,噴射錐角和噴射長(zhǎng)度隨著環(huán)境條件的變化呈現(xiàn)出非規(guī)律性,即出現(xiàn)了較大的波動(dòng)性。參考圖2和圖7可知:在臨界點(diǎn)及“偽沸騰”線附近,燃料的密度和比定壓熱容均發(fā)生劇烈的變化,必然伴隨著燃料相關(guān)的熱力學(xué)特性參數(shù)(如表面張力、汽化潛熱、比熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等)的變化,進(jìn)而影響流體噴射結(jié)構(gòu)的變化[21],導(dǎo)致噴射油束的規(guī)律性不強(qiáng)。

圖9 亞/超臨界條件下的噴射長(zhǎng)度

3 結(jié) 論

噴射及燃燒是將化石燃料轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要途徑,噴射質(zhì)量的好壞決定著內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和有害物的排放。探究超臨界條件下的噴射過(guò)程將為亞/超臨界條件下噴射質(zhì)量的提高提供理論依據(jù)。本文通過(guò)對(duì)超臨界條件下噴射過(guò)程的研究,得出以下結(jié)論:

(1)在超臨界條件下噴射的背光法圖像中,相同的超臨界溫度下,當(dāng)噴射環(huán)境的壓力由亞臨界壓力過(guò)渡到超臨界壓力時(shí),相同噴射時(shí)刻的噴射錐角和噴射長(zhǎng)度相比于亞臨界環(huán)境下大幅增大,這主要是由燃料在“偽沸騰”線和臨界點(diǎn)處的物性參數(shù)劇變引起的;

(2)通過(guò)對(duì)亞/超臨界環(huán)境下噴射錐角和噴射長(zhǎng)度的分析,發(fā)現(xiàn)在亞臨界條件下噴射錐角和噴射長(zhǎng)度隨環(huán)境條件的變化符合傳統(tǒng)的噴射模型,而超臨界條件下噴射錐角和噴射長(zhǎng)度隨環(huán)境的變化波動(dòng)較大,呈現(xiàn)出非規(guī)律性,得出燃料的“偽沸騰”線和臨界點(diǎn)對(duì)噴射結(jié)構(gòu)的影響較大。