实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法技术

本发明专利技术提供了一种实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，包含以下步骤：建立与大孔径喷油器(1)对应的小孔径喷油器(2)，所述大孔径喷油器(1)与小孔径喷油器(2)存在以下任一种或任多种关系：几何结构相似；喷孔个数相同；喷孔直径成比例缩放；燃油种类相同；环境介质相同；喷油压力成比例缩放；喷油持续期成比例缩放；喷油量成比例缩放。本发明专利技术提供的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，可实现通过已有的喷油器再现其他孔径喷油器相应试验工况的喷雾燃烧特性，建立试验数据库，有利于降低柴油机喷雾燃烧系统开发过程的成本。

Spray forming method for diesel engine combustion similarity

The invention provides a spray forming method to realize the combustion similarity of a diesel engine, including the following steps: a small aperture injector (2) corresponding to a large aperture injector (1), the large aperture injector (1) and the small aperture injector (2) have any or any other relationships below: the geometric structure is similar; the number of the jet holes is the same; The diameter of the spray hole is scaling; the fuel type is the same; the environmental medium is the same; the injection pressure is scaling; the duration of the injection is scaling, and the amount of fuel injection is scaling. The invention provides a spray forming method for diesel engine combustion similarity, which can be used to reproduce the spray combustion characteristics of the corresponding experimental conditions of the other injectors through an existing injector and establish an experimental database to reduce the cost of the development process of the diesel engine spray combustion system.

【技术实现步骤摘要】
实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法
本专利技术涉及柴油机及相似性研究领域，具体地，涉及一种实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法。
技术介绍
柴油机燃烧系统的开发和优化过程对提高柴油机燃油经济性，降低有害排放有着重要意义。为了解决大型柴油机体积大、成本高，很难直接进行试验的问题，基于质量、动量、能量以及化学组分守恒方程推导得到的燃烧相似性理论发现大柴油机的燃烧性能，如温度、缸压、放热率、排放等可以通过在几何相似的小柴油机上进行试验映射回去。然而，喷雾特性决定了燃烧特性，国际上虽有文献尝试通过控制喷射压力、喷射持续期等参数来实现喷雾相似性，但缺少相应的理论论证过程，也没有进行喷雾设计方法的总结。国内关于不同喷油器之间实现喷雾燃烧相似性的专利更是一片空白。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法。根据本专利技术提供的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，包含以下步骤：建立与大孔径喷油器对应的小孔径喷油器，所述大孔径喷油器与小孔径喷油器存在以下任一种或任多种关系：--几何结构相似；--喷孔个数相同；--喷孔直径成比例缩放；--燃油种类相同；--环境介质相同；--喷油压力成比例缩放；--喷油持续期成比例缩放；--喷油量成比例缩放。优选地，小孔径喷油器的喷雾过程贯穿距，采用基于以下方程获取的以喷孔直径为参考值的无量纲喷雾贯穿距：式中：S为喷雾贯穿距；上标*表示无量纲的物理量；S*为无量纲喷雾贯穿距；dn为喷孔直径；Kv、Kp、Kbt为比例常数；ΔP为喷射压力；ρ为密度；ρl为燃油密度；t为从喷射开始后的时刻；tb为喷雾破碎时刻；ρa为环境气体密度；大孔径喷油器的无量纲喷雾贯穿距与小孔径喷油器的无量纲喷雾贯穿距相等的条件为：式中：ΔPS为大孔径喷油器喷射压力；dn,S为大孔径喷油器喷孔直径；tS为大孔径喷油器从喷射开始后的时刻；ΔPL为小孔径喷油器喷射压力；dn,L为小孔径喷油器喷孔直径；tL为小孔径喷油器从喷射开始后的时刻。优选地，大孔径喷油器与小孔径喷油器的喷油之间存在以下关系：嘴型式相同；针阀控制方法相同；喷油嘴压力室形状相同；喷孔的位置分布和数量相同；几何相似。优选地，大孔径喷油器与小孔径喷油器的喷孔长度、喷嘴直径按相似比例r缩放；通过改变喷孔长度的相似比例r或在喷孔处设置台阶孔，实现大孔径喷油器与小孔径喷油器的喷雾锥角相等。优选地，燃油种类相同包含以下内容：--燃油密度ρl相同；--喷射时环境密度ρa相同。优选地，通过以下方法实现喷射时环境密度ρa相同的条件：--在定容燃烧弹内进行试验时：根据充气量控制弹内密度；--在实际不同尺寸的柴油机工作环境下：在对应的曲轴转角下，大孔径喷油器试验用柴油机与小孔径喷油器试验用柴油机之间燃烧室体积成比例r3缩放，缸径、冲程、连杆长度、曲轴半径按照比例r缩放，无量纲形式的活塞速度保持相等，即满足以下公式：式中：n为柴油机转速；nS为大孔径喷油器对应柴油机转速；u为燃油的平均喷射速度；uS为大孔径喷油器对应的燃油的平均喷射速度；nL为小孔径喷油器对应柴油机转速；uL为小孔径喷油器对应的燃油的平均喷射速度；r为相似比例。优选地，大孔径喷油器与小孔径喷油器之间的喷射压力比例与喷射持续期比例满足以下公式：式中：ΔPL为小孔径喷油器喷射压力；ΔPS为大孔径喷油器喷射压力；τ为喷射持续期；τL为小孔径喷油器喷射持续期；τS为大孔径喷油器喷射持续期。优选地，大孔径喷油器与小孔径喷油器之间在柴油机中的喷油提前角相同，单次喷射的燃油质量mf成比例r3。优选地，在小孔径喷油器上进行喷雾的试验，再现大孔径喷油器相应试验工况的喷雾燃烧特性，将喷雾燃烧特性映射回大孔径喷油器。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，可实现通过已有的喷油器再现其他孔径喷油器相应试验工况的喷雾燃烧特性，建立试验数据库，有利于降低柴油机喷雾燃烧系统开发过程的成本。2、本专利技术对不同柴油机喷油器产品研发的集约化有指导意义。3、本专利技术提供的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，可在现有柴油机台架或定容燃烧弹内进行，具有可行性强，经济性高的优点。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术所述的大孔径喷油器与小孔径喷油器的二维示意图；图2为大、小孔径喷油器在燃烧室内的喷雾相似性示意图，图中，DL为大孔径喷油器对应燃烧室直径，DS为小孔径喷油器对应燃烧室直径；图3为大、小孔径喷油器喷雾相似性实验结果示意图。图中示出：具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提供的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，包含以下步骤：建立与大孔径喷油器1对应的小孔径喷油器2，所述大孔径喷油器1与小孔径喷油器2存在以下任一种或任多种关系：几何结构相似；喷孔个数相同；喷孔直径成比例缩放；燃油种类相同；环境介质相同；喷油压力成比例缩放；喷油持续期成比例缩放；喷油量成比例缩放。柴油机喷雾过程贯穿距模型是Hiroyasu等学者基于动量守恒和质量守恒得到的模型。小孔径喷油器2的喷雾过程贯穿距，采用基于以下方程获取的以喷孔直径为参考值的无量纲喷雾贯穿距：式中：S为喷雾贯穿距；上标*表示无量纲的物理量；S*为无量纲喷雾贯穿距；dn为喷孔直径；Kv、Kp、Kbt为比例常数；ΔP为喷射压力；ρ为密度；ρl为燃油密度；t为从喷射开始后的时刻；tb为喷雾破碎时刻；ρa为环境气体密度。大孔径喷油器1的无量纲喷雾贯穿距与小孔径喷油器2的无量纲喷雾贯穿距相等的条件为：式中：ΔPS为大孔径喷油器1喷射压力；dn,S为大孔径喷油器1喷孔直径；tS为大孔径喷油器1从喷射开始后的时刻；ΔPL为小孔径喷油器2喷射压力；dn,L为小孔径喷油器2喷孔直径；tL为小孔径喷油器2从喷射开始后的时刻。大孔径喷油器1与小孔径喷油器2的喷油之间存在以下关系：嘴型式相同；针阀控制方法相同；喷油嘴压力室形状相同；喷孔的位置分布和数量相同；几何相似。大孔径喷油器1与小孔径喷油器2的喷孔长度、喷嘴直径按相似比例r缩放；通过改变喷孔长度的相似比例r或在喷孔处设置台阶孔(stephole)，实现大孔径喷油器1与小孔径喷油器2的喷雾锥角相等。所述燃油种类相同包含以下内容：燃油密度ρl相同；喷射时环境密度ρa相同。通过以下方法实现喷射时环境密度ρa相同的条件：在定容燃烧弹内进行试验时：根据充气量控制弹内密度；在实际不同尺寸的柴油机工作环境下：在对应的曲轴转角下，大孔径喷油器1试验用柴油机与小孔径喷油器2试验用柴油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，其特征在于，包含以下步骤：建立与大孔径喷油器(1)对应的小孔径喷油器(2)，所述大孔径喷油器(1)与小孔径喷油器(2)存在以下任一种或任多种关系：‑‑几何结构相似；‑‑喷孔个数相同；‑‑喷孔直径成比例缩放；‑‑燃油种类相同；‑‑环境介质相同；‑‑喷油压力成比例缩放；‑‑喷油持续期成比例缩放；‑‑喷油量成比例缩放。

【技术特征摘要】
1.一种实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，其特征在于，包含以下步骤：建立与大孔径喷油器(1)对应的小孔径喷油器(2)，所述大孔径喷油器(1)与小孔径喷油器(2)存在以下任一种或任多种关系：--几何结构相似；--喷孔个数相同；--喷孔直径成比例缩放；--燃油种类相同；--环境介质相同；--喷油压力成比例缩放；--喷油持续期成比例缩放；--喷油量成比例缩放。2.根据权利要求1所述的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，其特征在于，小孔径喷油器(2)的喷雾过程贯穿距，采用基于以下方程获取的以喷孔直径为参考值的无量纲喷雾贯穿距：式中：S为喷雾贯穿距；上标*表示无量纲的物理量；S*为无量纲喷雾贯穿距；dn为喷孔直径；Kv、Kp、Kbt为比例常数；ΔP为喷射压力；ρ为密度；ρl为燃油密度；t为从喷射开始后的时刻；tb为喷雾破碎时刻；ρa为环境气体密度；大孔径喷油器(1)的无量纲喷雾贯穿距与小孔径喷油器(2)的无量纲喷雾贯穿距相等的条件为：式中：ΔPS为大孔径喷油器(1)喷射压力；dn,S为大孔径喷油器(1)喷孔直径；tS为大孔径喷油器(1)从喷射开始后的时刻；ΔPL为小孔径喷油器(2)喷射压力；dn,L为小孔径喷油器(2)喷孔直径；tL为小孔径喷油器(2)从喷射开始后的时刻。3.根据权利要求1所述的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，其特征在于，大孔径喷油器(1)与小孔径喷油器(2)的喷油之间存在以下关系：嘴型式相同；针阀控制方法相同；喷油嘴压力室形状相同；喷孔的位置分布和数量相同；几何相似。4.根据权利要求1所述的实现柴油机燃烧相似性的喷雾形成方法，其特征在于，大孔径喷油器(1)与小孔径喷油器(2)的喷孔长度、喷嘴直径按相似比例r缩放；通过改变喷孔长度的相似比例r或在喷孔处设置台阶孔，实现大孔径喷油器(1)与小孔径...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，赖哲渊，周昕毅，王斌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31