当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第六章：燃烧的基础知识 > 6.5 液体燃料的雾化 > Video
同学们好
这节课我们学习
液体燃料的雾化
柴油等液体燃料
在内燃机中要经历
高压喷射 雾化 混合 压缩着火
以及燃烧阶段
其中雾化混合的状态
对于燃烧过程产生重要的影响
图6-12为
孔式喷油器在喷油压力pj
与缸内压力pc之差的作用下
燃油以极高的出口速度uj0
约为100~400m/s
喷到气缸内
形成油束
油束的长度称为贯穿距离Lp
由于油束刚由喷孔喷出时
内部压力大于周围空气压力
因而油束出口后逐渐扩展
形成锥形
其角度称为喷雾锥角β
整个喷雾过程可分为两个阶段
即液柱阶段和分裂雾化阶段
由喷油器喷出后一定距离内
燃油一直保持密集的液柱状态
在湍流和液体表面张力的作用下
液柱在一段距离后开始分裂
由喷嘴至液柱开始分裂处的距离
称为分裂距离s
分裂后的碎片继续在湍流
和表面张力的作用下
进一步分裂
并与卷入的空气进行摩擦冲撞
被细化成燃油微粒
即雾化
影响贯穿距离Lp
和燃料雾化程度的重要因素
是油束与周围空气的相对速度
即出口速度uj0
可根据不可压缩流体的
伯努利方程计算得到
如式6-9
式中Cf为流通系数
pj和pc分别为喷油压力和背压
ρb为燃油密度
下面让我们来看看液滴破碎过程
由大液滴变为小液滴是
外力和内力共同作用的结果
外力是指向前推进力
周围空气阻力和液滴本身重力
内力是指内摩擦力即粘度
和表面张力
如图6-13所示
当液滴较大且飞行速度较快时
外力大于内力
导致液滴发生变形
并分裂成小液滴
如果小液滴受到的外力
仍然大于其内力
则继续分裂下去
直至内外力达到平衡状态
通常用维伯数We作为一个准则
以评价液滴破裂的可能性
其定义为
作用于液滴表面的外力比液滴内力
如式6-11
由该式可以看出
提高相对速度
提高燃烧室中的空气密度
以及降低液体表面张力
均有利于燃料雾化
由该式还可以看出
随着维伯数的增大
液滴破碎的可能性增加
当维伯数达到临界值时
液滴发生破裂
对于汽油和柴油
临界维伯数为10～14
喷雾特性是燃油喷入燃烧室后的
雾化和空间的分布状态
主要包括贯穿距离
喷雾锥角和喷雾粒径
这些都与燃烧室内的空气利用
及混合气的均匀性有密切关系
以下分别介绍喷雾特性的
这三项指标
对于最常用的孔式喷油器
广安博之教授试验研究了
喷雾贯穿距Lp
随时间的变化规律
结果如图6-14所示
可以看出
随喷油压力pj的提高
Lp增大
并且Lp随时间变化
呈现出两阶段变化特性
这即为前述的液柱阶段
和分裂雾化阶段
根据试验结果
提出了喷雾贯穿距Lp计算公式
按液柱和分裂雾化两阶段分别进行
设从喷油开始
至液柱开始分裂的时间为tb
则分裂前后的贯穿距Lp
计算式分别为6-14和式6-15
即在液柱阶段
Lp与时间t成正比
同时与压差的1/2次方成正比
也就是与喷油初速度成正比
而在分裂雾化阶段
Lp与压差的1/4次方以及
时间的1/2次方成正比
上式是基于高压容器中的
模拟试验结果得到的半经验公式
考虑到实际发动机中的
高温条件会导致气体粘性
和阻力的增加
燃油蒸发加快等因素
实际贯穿距离应更短一些
喷雾锥角β过小
则燃油雾化程度会变差
并且不能有效地
在燃烧室中分布
而β角过大
贯穿距离会减少
火焰会变得短而粗
对于孔式喷油器
可用经验式6-18估算喷雾锥角β
式中
μa为空气粘度
d0为喷孔直径
一般随喷油压力
和喷孔直径的增加
喷雾锥角β增加
这是由于较大的雷诺数
在紧跟喷孔附近的下游区
引起较大的湍流度的缘故
燃油的雾化可以大大增加
油粒和周围空气接触的表面积
加速吸热和汽化过程
对燃烧放热规律和着火点位置
都有重要影响
常用的评价粒径分布的
指标有平均粒径
索特粒径和粒径分布
平均粒径是指
所有油粒直径的算术平均值
索特粒径（SMD）
是所有油粒总体积与总表面积之比
在相同供油量条件下
若SMD相同
则总表面积相同
也就是说汽化速率
及化学反应速率基本相同
所以
索特粒径是发动机中最常用的
粒径评价指标
一般柴油喷雾粒径
在10～50微米范围内
SMD约为20～40微米
可以用经验公式估算SMD
例如式6-20
粒径分布则既表示了
油粒大小又表示了其均匀程度
如图6-15所示
图中有三种分布曲线
1表示油粒细而匀
3为粗而均
2则不均匀
显然
1线的总表面积最大
雾化时间最短
可以想象
一般随喷油压力的提高
喷雾粒径会变得细而匀
好 关于液体燃料的雾化
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
--Video
-2.2 汽油、柴油的炼制
--Video
-2.3 汽油的理化特性
--Video
-2.4 柴油的理化特性
--Video
-2.5 燃料构成与理化特性
--Video
-2.6 汽油、柴油质量标准
--Video
-2.7 燃料与发动机工作模式
--Video
-2.8 工质主要热力参数
--Video
-2.9 燃烧热化学
--Video
-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-3.6 机械损失的构成
--Video
-3.7 机械损失的测量方法
--Video
-3.8 机械效率的影响因素
--Video
-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-3.10 发动机的节能途径与技术
--Video
-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
--Video
-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-4.5 其他因素对充量系数的影响
--Video
-4.6 充量系数的速度特性
--Video
-4.7 压力波及其传播特性
--Video
-4.8 单缸机的进排气动态效应
--Video
-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
--Video
-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
--Video
-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
--Video
-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
--Video
-5.1 发动机运行工况
--Video
-5.2 发动机特性曲线分类
--Video
-5.3 发动机速度特性
--Video
-5.4 发动机负荷特性
--Video
-5.5 发动机全特性
--Video
-5.6 发动机外特性与整车动力性
--Video
-5.7 发动机全特性与整车经济性
--Video
-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
--Video
-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
--Video
-6.1 燃烧现象及其分类
--Video
-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
--Video
-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
--Video
-6.4 均质混合气中的火焰传播
--Video
-6.5 液体燃料的雾化
--Video
-6.6 油滴的蒸发与燃烧
--Video
-6.7 示功图与燃烧放热率
--Video
-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
--Video
-7.2 柴油机燃烧放热规律
--Video
-7.3 柴油机燃油喷射系统
--Video
-7.4 柴油机喷油过程
--Video
-7.5 柴油机缸内气流运动
--Video
-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
--Video
-7.7 柴油机混合气形成方式
--Video
-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
--Video
-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
--Video
-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
--Video
-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
--Video
-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
--Video
-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
--Video
-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
--Video
-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
--Video
-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
--Video
-9.2.1 NO的生成机理
--Video
-9.2.2 CO和HC的生成机理
--Video
-9.2.3 PM和Soot的生成机理
--Video
-9.3 有害排放物生成的影响因素
--Video
-9.4 汽油机机内净化技术
--Video
-9.5 柴油机机内净化技术
--Video
-9.6 汽油机后处理技术
--Video
-9.7 柴油机后处理技术
--Video
-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
--Video
-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
--Video
-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
--Video
-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
--Video
-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
--Video
-10.6 天然气发动机
--Video
-10.7 氢燃料发动机
--Video
-10.8 二甲醚发动机
--Video
-10.9 甲醇发动机
--Video
-10.10 乙醇发动机
--Video
-10.11 生物柴油发动机
--Video
-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
