[發明專利]一種柴油機多次噴射噴霧貫穿距預測方法

有效

• 申請號: 202110607951.5
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113217247B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 劉龍;梅齊昊;賈偉男;劉岱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F02M65/00
• 分類號: F02M65/00;F02M63/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種柴油機多次噴射噴霧貫穿距預測方法，將多次噴射變噴油曲線在任意瞬時等效成具有質量平均噴射速度的穩態射流。將斯托克斯數與其質量平均速度相關聯，使得各束噴霧的斯托克斯數及時響應其噴油率的變化。計算出前后兩束噴霧的粒子響應時間，并根據孤立液滴理論得到該時刻兩束子噴霧尖端的有效噴射速度。將任意瞬時兩束子噴霧尖端的有效噴射速度與噴霧貫穿距解析模型耦合，通過判定多次噴射噴霧尖端得到該時刻的總體噴霧貫穿距。本發明采用變時間上限積分計算質量平均噴射速度，使得噴油率變化的影響及時施加到噴霧貫穿距的發展歷程中；以解析式方法實現變噴油條件下噴霧貫穿距的計算，顯著提高了計算速度。

技術領域

本發明涉及的是一種柴油機預測方法，具體地說是柴油機噴射預測方法。

背景技術

多次噴射技術憑借其在節能減排方面的巨大優勢，在柴油機上得到了飛速發展。當前該技術噴射次數更多、噴油規律更加靈活，極大地改善了柴油機缸內油氣混合過程，并優化了噴霧燃燒特性，從根源上降低了氮氧化物和碳煙的產生，同時顯著提高了燃油利用率。因此，多次噴射技術對提高柴油機性能、促進其可持續發展意義重大。

噴霧貫穿距是常用的衡量柴油機缸內油氣混合效果的重要參數，其直接表征著缸內油氣的宏觀分布，并且可以用來判斷噴霧是否碰壁，繼而調節相關噴油策略，進一步優化噴霧混合過程。燃油噴射策略的制定與調節，通常建立在對包括噴霧貫穿距在內的噴霧參數發展規律的掌握之上。然而由于多次噴射技術在噴油次數和噴油率形狀等方面帶來的多樣性，噴射條件對噴霧傳播的影響以及噴霧與噴霧之間的互相作用顯著加強，導致缸內各個子噴霧的貫穿過程更加復雜，使得掌握噴霧貫穿距的變化規律更加困難。由于多次噴射的第一次噴射直接噴入缸內環境氣體，因此其貫穿特性和單次噴射類似，目前積累的大量單次噴射噴霧貫穿距變化規律仍然適用于該條件。但是第二次噴射是噴入前一束噴霧場中而非單純的環境氣體，因此其噴霧貫穿距變化規律與單次噴射截然不同。大量實驗研究表明多次噴射的第一束燃油噴霧通過冷卻效應降低了第二束燃油噴霧的蒸發潛能，與此同時，兩者速度場的互相作用以及第一束噴霧殘留的較高動量在第二束噴霧的前端形成高速區，導致第二束噴霧的貫穿速度遠高于第一束，因此多次噴射中前后兩束燃油噴霧貫穿距對時間的依賴特性是截然不同的。然而目前尚無有關多次噴射第二束噴霧貫穿距對時間的依賴特性的研究，所以仍需要確定兩者的定量關系以便更加快速準確地預測多次噴射噴霧貫穿距的變化規律，為柴油機調節噴油策略和優化噴霧混合過程提供理論分析和工程評估工具。

發明內容

本發明的目的在于提供適用于任意可變噴油率條件的一種柴油機多次噴射噴霧貫穿距預測方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種柴油機多次噴射噴霧貫穿距預測方法，其特征是：

(1)第一次噴射在t＝0時刻開始，在t₁時刻結束；第二次噴射在t₂時刻開始，在t₃時刻結束；根據噴油量、噴射持續期、噴油型線等噴射參數和噴孔結構參數，計算得到噴孔出口處的前后兩次噴射速度U_inj,1(t)和U_inj,2(t)隨時間t的變化；

(2)將多次噴射變噴油曲線轉化為瞬時穩態射流，根據U_inj,1(t)、U_inj,2(t)，燃油密度ρ_f和噴孔出口面積A_noz，采用變時間t上限積分方法，計算得到前后兩束瞬時穩態射流的質量平均噴射速度U_AV,1(t)、U_AV,2(t)：

(3)根據噴孔直徑d_n、燃油密度ρ_f及環境氣體密度ρ_g，計算得到有效噴孔直徑d_eq：