汽车发动机原理-燃烧的基础知识

液体燃料的喷射与雾化
6.5.2 喷雾特性
3、喷雾粒径 ➢平均粒径：
所有油粒直径的算术平均值，
➢索特直径(Sauter) SMD、D32
所有油粒总体积与总面积之比。
SMD＝
di3ni di2ni
SMD的半经验公式，
SMD 23.9
pj

pc
g 0.135 0.121 0.131
0.12ms
0.38ms
0.63ms
汽油多孔喷射的高速摄影（喷压10MPa）
液体燃料的喷射与雾化
6.5.1 液体燃料的喷射雾化
1、喷雾过程：
2阶段 = 液柱阶段 + 分裂雾化阶段 （3阶段 = 液柱 + 分裂 + 雾化）
喷雾初速度：
u j0 CF
2( p j pc)
f
（6-10）
CF—流通系数，pj —喷油压力，pc—周围 空气压力，ρf—燃油密度
d 0m a x

We c au 2
内力：表面张力、 内摩擦力（粘度）
液滴破碎条件： 外力 与 内力 不平衡
硶可法、姚强等，《燃烧理论与污染控制》，机械工业出版社，2008年
6.5.2 喷雾特性
1、贯穿距离 计算方法（孔式，半经验）
（基于高压容器模拟结果）
液柱阶段（0＜t＜tb）
2
a
b
➢粒径分布
如图所例
喷雾粒径分布的三种方式
6.6 油滴的蒸发与燃烧
喷雾 → 蒸发 → 混合 → 燃烧 →··
1、静止空气中的液滴蒸发与燃烧：
➢着火前，T、φa的分布； ➢燃烧发生在火焰锋面（当量比） ➢锋面上，Cf和Co为零，T达到最高
完全蒸发时间
T fv
d02 K fv
蒸发常数
K
fv
4qm
累积放热率(%)
燃烧放热率(KJ/m3deg）
缸压(MPa)
8 6
压力升高率
最高爆压
4
着火始点
2
0 -40 100 80 60 40 20 0 -20 -40 100 80 60 40 20 0 -20 -40
-20
0
-20
0
-20
0
TDC
20
40
60
20
40
60
20
40
60
曲轴转角 (°CA)
80
由： U=m Cv T ， pv = m R T， Cv = R/（k-1）
dQW
d
＝ t Fw
T
Tw

得：式（5-15），
dQB
d
＝
k
1
1

V
dp
d
kp
dV
d


pV
k 12
dk
d

tFw T
Tw

应用示功图的P（φ），逐点迭代，算出dQB/dφ
壁面的距离之比。
静止空气，＜1 强涡流， ＞1 撞击喷雾， ＞ ＞1
液体燃料的喷射与雾化
6.5.2 喷雾特性
2、喷雾锥角
计算方法
（孔式，半经验，基于高压容器模拟结果）

0.05

pj

pc
a2
a d02
0.25

喷油压力pj ↑，β ↑ ； 喷孔直径d0 ↑，β ↑ ； 空气密度ρa ↑，β ↑ 。 主要因为，喷孔附近湍流强度升高。
计算机
A/D转换器
A/D
工作站
air
电荷放大器
角标 缸压传感器
示功图测试系统
6.7 燃烧放热规律
燃烧放出的热量一部分传给工质，用于增加工质的内能和对外作功，一 部分通过燃烧室壁面散失到冷却水中，根据热力学第一定律有：
QB Q Qw U W Qw
dQB / d dQ / d dQw / d
6.7 燃烧放热规律
3、累计放热率
由燃烧始点φb至某一时刻φi为止，已 发生的全部燃烧放热量与循环放热量QB0
之比称为累积放热率X，或称累积放热百 分比；
◎特征值：
放热的始点、终点、持续期、峰 值、形状、 x%累计放热的时间
X = 5%，着火阶段结束 X = 50%，前期燃烧结束 X = 95%，主要燃烧过程结束
➢强迫气流时：
预混合燃烧特征，碳烟生成趋势逐渐减弱。
6.7 燃烧放热规律
燃烧过程的研究手段： 1、示功图
p-v图、p-φ图
测功机控制柜 油耗仪
2、燃烧放热速率
Fuel 测功机
（Rate of Heat Release)
单位Kmol混合气在单位时间（或单位 曲轴转角）的燃烧放热量称为燃烧放热 速率； 也称为瞬时放热率
100
80
100
80
100
第6章要点
1、两种基本燃烧方式、及其特征对比； 2、两种基本着火理论、及其影响因素； 3、预混合燃烧的火焰传播特性、及其影响因素； 4、喷雾过程与喷雾特wenku.baidu.com（三项指标、油滴破碎机里）； 5、 油滴和油滴群的蒸发与燃烧； 6、燃烧放热规律的概念、公式、分析。
第6章作业
1. 题6-10 2. 题6-12 3. 题6-13 4. 由热力学第一定律推导燃烧放热速率的计算公式，要注明
第6章 燃烧的基础知识
6.1 燃烧现象及其分类 6.2 可燃混合气的着火与着火理论 6.3 湍流及其在燃烧中的作用 6.4 均质混合气中的火焰传播 6.5 液体燃料的雾化与喷雾特性 6.6 油滴的蒸发与燃烧 6.7 示功图与燃烧放热率
6.5 液体燃料的雾化与扩散燃烧
6.5.1 液体燃料的喷射雾化
特征： 高压、高速、高湍流度； 20MPa → 200MPa
特性指标： ➢ 喷雾特性（空间特性）
贯穿距离、喷雾锥角、喷雾粒径； ➢ 喷油特性（时间特性，见7章）
液体燃料的喷射与雾化
6.5.1 液体燃料的喷射雾化
2、液滴破碎：
外力： 推进力、空气阻力、重力
液滴破裂准则：
液体分裂过程
维伯（Weber）函数
We

作用于液滴表面的外力

ad0u 2
液滴内力

液滴粒径（最大）
d 0
f
qm：蒸气向外对流量
单个液滴的蒸发与燃烧模型
6.6 油滴的蒸发与燃烧
2、强迫气流中液滴的蒸发：
➢随气流变强，燃料蒸气区变薄； ➢很强气流时，液滴与蒸气区脱离
（强迫对流时的液滴蒸发公式， 不要求完全掌握）
对燃烧性能的影响：
➢静止气流时：
气流速度对液滴蒸发的影响
扩散燃烧特征，高温缺氧燃烧，易生碳烟；
Lp 0.39
pj pc
f
1/ 2 t
分裂雾化阶段（t＞ tb ）
Lp 2.95
pj pc
a
1/ 4
d0t 1/2
由于高温导致气体粘性和阻力增大、燃 油蒸发加快等，实际贯穿距离应更短一些。
喷雾贯穿距离
6.5.2 喷雾特性
贯穿率： 喷油持续期内的贯穿距离与喷孔至
各计算参数的量纲。
第5章复习思考题
1、为什么说内燃机中燃料的燃烧都是气态燃烧？燃烧的实质是什么？燃烧 过程由哪几个阶段组成？