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南京航空航天大学 硕士学位论文 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 姓名：高岩飞 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：杨海青 2010-12 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 煤油闪点较高，蒸发性较差，具有使用安全和易于存储的优点，因此，煤油发动机研究具 有重要意义。对于点燃式煤油发动机，因为煤油粘度较高，饱和蒸汽压较低，对雾化质量的要 求高，因此，需要解决的首要关键技术是燃油雾化问题。本文采用空气辅助雾化技术，利用燃 油喷雾与辅助空气间相互作用促进燃油雾化，雾化质量高且对喷射系统的要求低。 本文以某进口空气辅助喷嘴为对象， 利用试验及 cfd 数值模拟方法， 开展了以下研究内容： 1. 对该喷嘴的外形尺寸进行了测绘，建立了喷嘴内腔三维几何模型； 2. 对该喷嘴进行了高速摄影试验，研究表明：1）随着时间的推移，油束贯穿距离逐渐增 大，喷雾锥角变化不大；2）随着背压的提高，喷雾贯穿距离减小，喷雾末端受到的气流卷吸作 用增强； 3. 对该喷嘴进行了流量标定及喷雾粒径测试试验，研究表明：1）索特平均直径（smd 值） 随着耗气率的增加而减小，随着耗气率的进一步增加，smd 变化趋于平稳；2）smd 值随喷气 压力与喷油压力的增加而降低； 4. 对该喷嘴进行了内部气流特性的数值模拟，计算结果表明：气体质量流量随着最小截面 积的增大而增大，且在喷嘴出口附近气流已达到超声速； 5. 在喷雾试验验证基础上，对该喷嘴进行了喷雾混合过程模拟。 本文的研究成果为气助雾化喷嘴的设计以及煤油燃烧直喷系统的设计提供重要理论及数值 依据。 关键词：关键词：煤油，雾化，空气辅助喷射，缸内直喷，数值模拟 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 ii abstract the research on kerosene fuel internal combustion engines is of great significance, since kerosene is relatively safe and easy to store, with its high flash point and poor evaporation. for spark ignition kerosene engine, fuel atomization becomes the primary problem needed to be solved, owing to the higher atomization requirements for kerosene with its high viscosity and low saturated vapor pressure. the air-assisted spray technology is adopted in this article, using fuel spray and auxiliary air interaction to promote fuel atomization, with high fuel atomization quality and low requirements for jet system. taking an import air auxiliary injector for object, the following research content is carried out, using test and numerical simulation method. 1. after surveying the overall size of this injector, the geometry model of nozzle cavity is establi- shed. 2. the high-speed camera is adopted for this injector, the results show that:1) with the passage of time,the spray throughout distance increases, and the spray cone angle changes littlely.2)with the imp- rovement of back pressure,the spray throughout distance decreases,and the airflow suck effect increa- ses in the spray end. 3. flow and spray characteristics of this injector are calibrated and tested, with the results that:1) the sauter mean diameter(the smd value) decreases along with the air /fuel ratio increasing, and cha- nges not obviously as the air/fuel ratio increases further.2)the smd value decreases with the air/fuel injection pressure increasing. 4. the numerical simulation of gas flow characteristics inside the nozzle is completed, the results show that: the mass flow of gas increases with the increasement of the minimum cross-sectional area, in addition, the air has reached supersonic flow near the nozzle exit. 5. based on the spray test of this nozzle, the simulation of spray mixing process is completed. the results of this paper provide important theory and numerical basis for the design of the air assisted injector and the kerosene combustion direct injection systems. key words: kerosene, atomization, air assisted injection, gasoline direct injection, numerical simulation 南京航空航天大学硕士学位论文 v 图、表目录 图 1.1 旋流式喷嘴结构示意图 . 2 图 1.2 夹气喷射喷嘴结构示意图 . 2 图 2.1 液体射流破裂示意图 . 8 图 2.2 液体射流初次雾化模式 . 8 图 2.3 二次雾化过程示意图 . 9 图 2.4 空气辅助雾化示意图 . 10 图 2.5 液滴直径分布直方图 . 12 图 2.6 液滴直径连续分布图 . 12 图 2.7 液滴直径 r-r 分布图 . 13 图 2.8 液滴直径分布对数坐标图 . 13 图 2.9 喷雾壁面碰撞示意图 . 14 图 3.1 燃油流量标定示意图 . 15 图 3.2 气体流量标定示意图 . 17 图 3.3 定容弹高速拍摄试验方案示意图 . 19 图 3.4 fastcam sa1.1 高速摄影机 . 20 图 3.5 定容弹 . 20 图 3.6 空气喷嘴开启后 1ms 喷雾形态 . 21 图 3.7 空气喷嘴开启后 3ms 喷雾形态 . 21 图 3.8 空气喷嘴开启后 4ms 喷雾形态 . 21 图 3.9 空气喷嘴开启后 5ms 喷雾形态 . 21 图 3.10 背压 1bar 时喷雾形态. 22 图 3.11 背压 2bar 时喷雾形态 . 22 图 3.12 背压 3bar 时喷雾形态. 23 图 3.13 背压 4bar 时喷雾形态. 23 图 3.14 背压 5bar 时喷雾形态. 23 图 3.15 背压 6bar 时喷雾形态. 23 图 3.16 喷雾粒径测试试验方案示意图 . 24 图 3.17 粒度分析仪 . 24 图 3.18 激光发射仪 . 25 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 vi 图 3.19 smd 值耗气率变化规律 . 26 图 3.20 smd 值随喷气压力变化规律 . 27 图 3.21 喷嘴下游不同距离处 smd 变化规律 . 28 图 4.1 夹气喷嘴几何模型（二分之一模型） . 30 图 4.2 夹气喷嘴计算网格（四分之一网格） . 30 图 4.3 气体质量流量与出口最小截面积关系 . 33 图 4.4 气体流场静压分布 . 33 图 4.5 气体流场动压分布 . 34 图 4.6 气体流场总压分布 . 34 图 4.7 气体速度场. 35 图 4.8 速度矢量场. 36 图 4.9 气体马赫数分布 . 36 图 4.10 喷嘴简化模型（二分之一模型） . 37 图 4.11 网格模型（四分之一模型） . 37 图 4.12 微元控制体积的质量通量 . 38 图 4.13 湍流流动示意图 . 40 图 4.14 压力旋流雾化模型示意图 . 43 图 4.15 喷嘴开启后 3ms 喷雾仿真 smd 分布 . 44 图 4.16 喷嘴开启后 3ms 高速拍摄结果 . 44 图 4.17 喷嘴开启后 4ms 喷雾仿真 smd 分布 . 44 图 4.18 喷嘴开启后 4ms 高速拍摄结果 . 44 图 4.19 空气喷嘴开启后 3ms 气相静压 . 45 图 4.20 空气喷嘴开启后 4ms 气相静压 . 45 图 4.21 空气喷嘴开启后 3ms 气相动压 . 45 图 4.22 空气喷嘴开启后 4ms 气相动压 . 45 图 4.23 空气喷嘴开启后 3ms 气相速度分布 . 46 图 4.24 空气喷嘴开启后 4ms 气相速度分布 . 46 图 4.25 空气喷嘴开启后 3ms 液滴速度分布 . 46 图 4.26 空气喷嘴开启后 4ms 液滴速度分布 . 46 图 4.27 空气喷嘴开启后 3ms 燃油密度分布 . 47 图 4.28 空气喷嘴开启后 4ms 燃油密度分布 . 47 图 4.29 空气喷嘴开启后 3ms 燃油质量分布 . 47 南京航空航天大学硕士学位论文 vii 图 4.30 空气喷嘴开启后 4ms 燃油质量分布 . 47 表 2.1 破碎模式与 weg数关系 . 9 表 3.1 喷油脉宽 3ms 时燃油压力与燃油质量流量关系 . 16 表 3.2 喷油脉宽 4ms 时燃油压力与燃油质量流量关系 . 16 表 3.3 喷油脉宽 5ms 时燃油压力与燃油质量流量关系 . 17 表 3.4 喷油脉宽 6ms 时燃油压力与燃油质量流量关系 . 17 表 3.5 喷气脉宽 3ms 时喷气压力与气体质量流量关系 . 18 表 3.6 喷气脉宽 4ms 时喷气压力与气体质量流量关系 . 18 表 3.7 喷气脉宽 5ms 时喷气压力与气体质量流量关系 . 18 表 3.8 喷气脉宽 6ms 时喷气压力与气体质量流量关系 . 19 表 3.9 空气喷嘴开启后不同时刻喷雾特性试验条件 . 20 表 3.10 不同背压喷雾特性试验条件 . 22 表 3.11 不同耗气率时 smd 测试试验条件 . 25 表 3.12 不同喷气压力时 smd 测试试验条件 . 26 表 3.13 喷嘴下游不同距离 smd 测试试验条件 . 27 表 4.1 喷雾边界模拟的初始条件及边界条件 . 32 表 4.2 喷雾数值模拟的初始条件及边界条件 . 43 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 viii 注释表 wel 液体韦伯数 weg 气体韦伯数 rel 液体雷诺数 k 绝热指数 oh 欧尼索数 rg 氮气气体常数 l u 液体射流速度 *p 喷嘴出口总压 d 喷孔的直径 *t 喷嘴出口总温 l 液体密度 a 喷嘴出口截面积 l 液滴表面张力 m & 气体实际流量 l 液体动力粘度 m & 气体理论最大流量 rel u 气液相对速度 i x m & 质量通量 g 气体介质密度 i f 喷雾动量源项 gl 气、液交界面处表面张力 ij 数kronecker l d 液滴破碎前直径 t 温度 q 均匀度指数 p c 气相比热容 d 液滴尺寸常数 气相导热系数 mf q 燃油质量流量 m h 气相各组分比焓 f v 多次喷射燃油总体积 湍流耗散率 f 燃油计量喷嘴喷射脉宽 q & 喷雾能量源项 f 燃油密度 u 连续相速度 2 mn q 氮气质量流量 d u 离散相液滴速度 2 n v 多次喷射氮气总体积 x g x方向重力加速度 2 n 氮气喷射脉宽 d 离散相液滴密度 2 n 常压常温下氮气密度 d d 液滴直径 t 时间 d c 离散液滴曳力系数 i x 坐标分量 x f 质量力 i u 流体速度 x f 其它作用力 流体密度 d c 液滴比热容 气体的动力粘度 d t 液滴温度 p 流体压力 t 连续相温度 i f 动量源项 d m 液滴质量 d a 液滴表面积 d 液滴发射率 南京航空航天大学硕士学位论文 ix h 对流换热系数 黑体辐射常数 f h 蒸发潜热 外部辐射温度 （注：如文中另有注释，以文中注释为准。 ） 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪 论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究目的及意义 煤油燃料内燃机研究具有多方面的意义1。首先，对于以汽油为燃料的活塞发动机，由于 汽油的闪点在零度以下，就意味着在常温下只要遇明火就会着火，相对而言，3号煤油的闪点为 45510c，故其使用比汽油更为安全。其次，与汽油相比，煤油挥发性与蒸发性较差，故易于 存储和运输。 煤油发动机的着火方式可以采取点燃式（点燃式汽油机工作原理）或压燃式（柴油机工作 原理） ，但由于传统的压燃式柴油机重量大，且煤油自燃点高于柴油，直接将煤油应用于传统的 压燃式柴油机难度较大。王达三等人设想了单级风冷低压缩比柴油转子发动机方案，通过活塞 与缸内空气换热，较低的压缩比可以达到传统压燃式柴油机压缩终了时气体温度，满足压燃要 求，但并未付诸实施；相反，国外趋于采用点燃式内燃机方案，并取得了丰硕的成果1。德国 赫尔特公司研制出45kw的双缸煤油发动机，以汽油机工作原理工作，重量与同级别的汽油机相 当1。因此，本文的煤油发动机采用火花点燃的着火方式。 目前，点燃式内燃机主要为汽油机，其混合气形成质量对燃烧过程、发动机性能具有决定 性意义。对于汽油机，其混合气形成方式主要分为缸外预混（包括传统的化油器式和进气道喷 射方式）和缸内混合（缸内直喷方式）两种。缸内直喷方式较传统的化油器式和进气道喷射方 式具有如下主要优点： 1. 缸内直喷系统可以充分利用燃烧室空间以组织合理的空气流动，改善混合气形成质量， 提高燃烧效率； 2. 能够依照发动机需要随时调整喷油脉宽与混合气空燃比，发动机瞬态响应得到改善； 3. 缸内喷射因燃油蒸发吸收汽化潜热而使末端混合气温度降低,许用压缩比提高；若进气 过程缸内喷射,燃油蒸发吸热使进气温度下降,充气效率得到提高； 4. 缸内喷射使得混合气可以采用变质调节，泵气损失降低，提高发动机动力性； 5. 可实现分层稀薄燃烧，混合气等熵指数增加，提高热效率2。 因此，近年来，缸内直喷点燃式汽油机逐渐受到重视，并有成功应用。丰田公司在1996年 推出名为d-4的商品化缸内直喷(gdi)发动机，功率提高约10%；继丰田公司之后，日产公司于 1997年推出了neodi gdi发动机，大众公司也在2000年成功将gdi发动机装在lupo-l.4l轿车； 继而，宝马公司、雪铁龙公司也推出了自己的gdi产品3。 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 2 尽管如此，点燃式缸内直喷发动机燃用煤油燃料仍有困难，其首要关键技术是解决燃油雾 化的问题： 1. 煤油和汽油都是石油分馏的产物,但其化学组成不同,性质也有差别：煤油粘度大（200c 时，汽油运动粘度为0.8mm2/s,而大庆3号航空煤油为1.814mm2/s） ，蒸发潜热高，饱和蒸汽压低。 2. 粘度大的燃料雾化更加困难。雾化的过程看作是在内外力作用共同影响下的射流破裂, 一方面，液体的表面张力迫使它形成一个小球体，因为这样才具有最小表面能量，液体的粘性 力则试图保持液体原有的形状；另一方面，作用在液体表面的空气动力学力要促使它分裂。煤 油的粘度、表面张力均比汽油大，故克服表面张力与粘性力而使液体破裂所需的空气动力学力 更大3。 3. 煤油的蒸发潜热高，饱和蒸汽压低，因此对于相同雾化条件下（雾化粒径等） ，煤油比 汽油蒸发性差。与汽油相比，煤油需要更为细小的雾化粒径，才能达到与汽油相当的蒸发速度。 因此，对于形成理想可燃混合气，煤油对雾化的要求更高。 1.1.2 国内外研究现状 目前，国外点燃式煤油发动机解决煤油喷射雾化质量差的技术途径主要从燃油喷射系统考 虑。一种是高压喷射燃油系统（高压旋流喷射）4-7，另一种是某公司的空气辅助低压喷射燃油 系统（夹气喷射）8-12。 高压旋流式喷嘴（见图1.1）利用液体在高压作用下从切向入口进入喷嘴内部流道从而产生 涡流，同时由于离心力的作用，液体会依附在喷嘴内部流道壁面，并在靠近喷孔处产生气液分 离现象，在喷孔出口中心处形成空气回流，液体则靠近喷孔壁面以液膜形式喷出3。 图 1.1 旋流式喷嘴结构示意图 图 1.2 夹气喷射喷嘴结构示意图 某公司夹气喷射喷嘴见图1.2， 燃气喷嘴的上部是燃油喷嘴, 它计量燃油同时以一定压力把 南京航空航天大学硕士学位论文 3 燃油输送到下部储气室中，充分利用燃油喷雾动能促进与压缩空气之间预混合，随后将油气混 合物直接喷入气缸中。燃油计量与混合气直喷事件独立完成,因此燃油喷射时刻可以更早,燃油 雾化时间可以较长,真正影响气缸内混合气燃烧过程的是混合气喷嘴（即喷嘴下部的空气喷嘴） 的喷射时刻。 夹气喷射喷油压力7.58.5bar，可以使用进气道喷射的低压喷油嘴，要求发动机曲轴或凸 轮轴驱动一个小排量活塞式空气压缩机(其压力维持在6.5bar左右) 8；高压喷射喷油压力高达 50110 bar， 除了低压电动燃油泵之外， 还要求发动机曲轴或凸轮轴驱动的活塞式高压喷油泵。 夹气喷射的燃油雾化质量对燃油种类不敏感，尤其适用于煤油燃烧的活塞式发动机，煤油雾化 粒径512 m，后者汽油燃料喷射的雾化粒径在16m左右。 煤油粘度与表面张力较大，雾化更加困难，若采用高压喷射须进一步提高喷射压力，缩小 喷孔直径，克服高压下针阀易咬死问题；而低压夹气喷射可以使用普通低压进气道喷油嘴，某 公司的空气辅助低压喷射燃油系统13-14中等负荷以上发动机工况下辅助燃油喷射雾化的引入空 气量远小于气缸内吸入空气量，故气缸内混合气的空燃比控制无需考虑辅助燃油喷射雾化引入 的空气量的影响，空气辅助低压喷射技术对燃油喷射系统的要求较低，燃油雾化质量更高。 因此，本文针对某公司的夹气喷射喷嘴对煤油的雾化技术进行分析与研究。 1.1.3 试验测量方法 为了研究燃油的雾化技术，进行喷雾测试试验，研究燃油的雾化质量及喷雾特性，可为燃 油喷雾模拟提供有效的初始及边界条件，模拟缸内燃油与空气混合过程，有助于设计合理的燃 烧室形状，充分利用燃烧室空间以组织合理的空气流动，改善混合气形成质量和燃烧质量，对 后续点燃式煤油发动机燃烧系统设计具有重要指导意义2。 燃油雾化质量及喷雾特性的评定主要有喷雾液滴粒径大小、喷雾锥角、油束形状、燃油浓 度分布、喷雾贯穿距离，目前常规的试验测量方法为15-17： 1. 粒径测试：电学法和光学法 电学法采用统计方法，通过测量和分析液滴产生的电子脉冲，得出液滴尺寸大小的分布图 谱。尽管电学法具有测量时间短、易于读数的优点，但由于其需要安装一定数目导线、电极等， 可能会对喷雾场形成干扰。光学法有光散射法、高速摄影法等，其优点是不会对喷雾场造成干 扰。高速摄影法可以分辨出图片中的单个液滴粒子，并测量出其尺寸大小。光散射法利用激光 照射喷雾油束时，不同液滴颗粒大小对光的散射不同，根据散射光强弱得出粒径大小。 本文采用光学法，利用lsa-iii型激光粒度测试仪测试并研究不同操作工况对燃油雾化粒径 的影响。 2. 喷雾形态观测：高速摄影法 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 4 高速摄影法利用高帧频摄影系统将喷雾形态变化拍摄为图片资料。通过图像可以分辨出喷 雾锥角、喷雾形态、贯穿距离等，并作进一步分析。 本文利用hotron公司的fastcam sa1.1高速摄影机，对喷雾过程进行高速拍摄，研究不同 操作工况对燃油喷雾形态（包括喷雾锥角及贯穿距离等）的影响。 1.1.4 数值分析方法 现今数值分析在单相流体方面的应用已较为成熟，而在牵涉喷雾的多相流领域仍然面临巨 大挑战18-19。在喷雾过程中，离散相以液滴形式存在，并与其周围的气相介质相互作用。随着 数值计算理论和方法及计算机技术的进步，封闭并求解各种复杂条件下的微分方程组，使得喷 雾模拟得以实现20。对喷雾过程进行数值模拟，有助于对喷雾机理的深入研究并指导试验的进 行。 模拟喷雾过程分为两种观点，即欧拉观点和拉格朗日观点20-24。基于拉格朗日观点的离散 相模型（dpm模型） ，液滴颗粒被看做离散相，而周围气体被看做连续介质。在喷雾过程中， 离散相与连续相相互作用并发生能量、动量、质量交换，液滴及连续相的运动规律分别在拉格 朗日坐标系、欧拉坐标系下描述25-26。离散相模型可以模拟气液交界面处液态燃油被高速气流 剪切而破碎成细小颗粒的过程等，诸如液体燃料的喷雾及燃烧、喷雾干燥现象等均可用dpm模 型模拟。基于欧拉观点的vof模型、混合物模型、欧拉模型，以空间点为对象，将雾化介质及 喷雾液滴均看做连续相，且充满整个喷雾场27。雾化介质与喷雾液滴相互作用，发生动量及能 量的交换等。 hallmann28等应用欧拉方法及拉格朗日方法求解喷雾湍流蒸发及喷雾粒径问题，两种方法 的模拟结果与试验结果吻合较为理想。因此，欧拉方法和拉格朗日方法对于喷雾的数值模拟都 是行之有效的。jog29等在1997年采用arbitrary-lagrangian-eulerainain方法对压力旋流雾化喷嘴 雾化特性进行数值模拟，该方法兼具欧拉方法和拉格朗日方法的优点，可以避免气液交界面网 格变形，准确模拟喷嘴的喷雾锥角等雾化特性，其模拟结果与试验结果吻合较好。 schmehl及rosskamp30采用拉格朗日粒子追踪方法对燃气轮机燃烧室燃油的喷雾和蒸发进 行数值模拟，经试验对比，结果吻合良好。burger等分别采用拉格朗日方法和欧拉方法对喷嘴 雾化过程进行数值模拟31，得出对于液滴破碎成不同直径的喷雾，拉格朗日方法具有更高的准 确性。 然而，与欧拉方法相比，拉格朗日方法中dpm模型可以描述液滴被高速气流剪切并破碎成 大量液滴的过程，在粒子体积密度小于1012%情况下，数值模拟结果和试验结果对比良好， 但质量密度可以远远大于这个比例32。因此，本文利用dpm模型对喷雾过程的液体破碎及雾化 进行数值模拟。 南京航空航天大学硕士学位论文 5 综上所述，对于各种喷雾现象和机理的研究，数值模拟已成为重要的手段。在对喷雾过程 正确认识的基础上，给定合理的网格及参数设置，通过相应的计算方法，可以得到较为理想的 数值模拟结果。 1.1.5 本文的主要研究内容 本文主要围绕某公司夹气喷射喷嘴的喷雾特性及其影响因素等内容展开研究工作，主要目 的是通过数值模拟方法和试验方法得到夹气喷射喷嘴在不同工作参数下的喷雾特性等，其中夹 气喷射喷嘴如图1.2。 喷雾数值模拟的边界条件等可以从试验测量结果获得，并通过对比数值模拟结果与试验结 果验证模拟的准确性，数值模拟可以提供因试验条件限制无法提供的喷雾流场等。 本文研究工作为进一步研究夹气喷嘴雾化特性、雾化机理提供大量试验与数值依据，为后 续夹气喷射缸内直喷燃烧系统的设计提供理论及试验指导。 本文研究工作如下： 1. 首先对夹气喷嘴进口样件的燃油流量特性及辅助气体流量特性进行标定， 得到燃油及辅 助气体的质量流量特性， 再对夹气喷射喷嘴进行喷雾特性测试试验， 研究分析不同工作参数 （燃 油压力、辅助气体压力、耗气率等）对喷雾特性的影响，其中本文雾化介质采用氮气,燃油采用 普通3号煤油； 2. 对夹气喷射喷嘴进口样件的外形尺寸进行测绘， 结合美国专利图纸建立喷嘴内部三维几 何模型； 3. 对夹气喷射喷嘴模型进行内部气体介质流动特性的数值模拟， 为后续喷嘴内部尺寸设计 提供重要理论及数值依据。此外，气体流动特性模拟结果可以作为下一步喷雾混合过程数值模 拟的初始条件和边界条件； 4. 对喷嘴模型进行简化并进行喷雾混合过程模拟， 研究分析燃油的雾化性能及喷雾发展形 态，从而为喷雾过程与燃烧室的匹配、喷嘴的外部结构尺寸设计以及缸内直喷燃烧系统的设计 提供重要理论和数值依据，其中喷雾边界条件及初始条件由前面的喷嘴内部气体流动特性的模 拟结果得出。 点燃式煤油发动机燃油雾化技术研究 6 第二章 雾化机理与喷雾特性 2.1 引言 雾化是液体经喷嘴喷射到气体介质中被破碎并分散成大量细小液滴的物理过程，实现与周 围空气介质微观上的混合33。雾化过程中液体蒸发表面积得到显著增加，气体介质与液滴之间 的传质、传热大大增强，从而使得蒸发时间缩短，蒸发速度加快。液滴表面积反比于直径34， 一个体积为 1cm3的球状液滴由直径 1cm 雾化到平均直径为 20m 的细小液滴，其总表面积由 484mm2增加到 3105mm2，总表面积增加约 620 倍。 液体喷射雾化过程中通常采用一些无量纲参数进行表达28，便于进行数值模拟与试验研究 等。其中，最主要的无量纲参数为： l ll l du we 2 = (2.1) l ll l du =re (2.2) ll l l l d uwe oh = re (2.3) gl glrel g du we 2 = (2.4) 其中， l we液体韦伯数； l re雷诺数； oh欧尼索数； l u液体射流速度； d喷孔直径； l 液体密度； l 液滴表面张力； l 液体动力粘度； g we气体韦伯