康佳明，王?謙，邵長勝，黃英杰，芮?璐

柴油引燃天然氣發(fā)動機(jī)天然氣射流特性

康佳明，王?謙，邵長勝，黃英杰，芮?璐

(江蘇大學(xué)能源與動力學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

在定容彈上利用紋影法開展了不同噴射壓力和噴射間隔下的天然氣/柴油雙燃料噴射中天然氣射流特性研究，并結(jié)合PIV試驗(yàn)得到的天然氣射流環(huán)境流場探討了天然氣射流和柴油噴霧相互作用過程．結(jié)果表明：天然氣射流頭部、中部、底部周圍空氣有不同的運(yùn)動狀態(tài)；天然氣射流在貫穿柴油噴霧時會受其阻礙，使得射流貫穿距和錐角均減?。惶烊粴鈬娚鋲毫Φ奶岣邥p弱柴油噴霧對天然氣射流的影響；隨著噴射間隔增大，柴油噴霧與天然氣射流的相互作用減弱，柴油噴霧對天然氣射流貫穿距和錐角的影響也隨之減小．

天然氣發(fā)動機(jī)；雙燃料；粒子圖像測速法(PIV)；紋影法；射流特性

為應(yīng)對汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展所帶來的能源短缺與環(huán)境污染等問題，天然氣能源作為一種內(nèi)燃機(jī)替代燃料，因其燃燒清潔、儲量豐富、價格低廉的優(yōu)勢而受到廣泛的關(guān)注[1-2]．傳統(tǒng)的天然氣發(fā)動機(jī)采用類似汽油機(jī)的進(jìn)氣道低壓噴射、火花塞點(diǎn)火的工作方式，由于壓縮比不高，燃?xì)馑既莘e較大，造成充量系數(shù)下降，使得發(fā)動機(jī)輸出功率降低，動力性不足．而缸內(nèi)高壓直噴天然氣柴油微引燃技術(shù)(high pressure direct injection，HPDI)能夠改善動力性能的缺陷，同時還可降低NO和碳煙排放[3]．對于采用HPDI技術(shù)的天然氣發(fā)動機(jī)而言，主燃料天然氣的噴射射流特性對燃燒室內(nèi)混合氣的形成具有很大影響，而天然氣和引燃柴油的混合及相互作用過程在很大程度上決定了燃燒特性和排放性能．

目前，對于天然氣單燃料高壓噴射射流特性國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬工作[4-8]，但涉及天然氣/柴油雙燃料噴射中天然氣射流特性及雙燃料相互作用的研究很少．White[9]基于一種天然氣/柴油組合式噴射系統(tǒng)，利用紋影法研究了雙燃料噴射過程，并基于試驗(yàn)研究繼續(xù)開展了數(shù)值模擬工作，探討了噴射率和噴孔直徑的影響．但該研究的試驗(yàn)部分并未對雙燃料噴射中天然氣射流特性進(jìn)行定量分析．張州榕等[10]利用數(shù)值模擬手段研究了天然氣/柴油雙燃料缸內(nèi)同軸噴射的噴射特性，探討了雙燃料噴孔幾何位置對雙燃料噴射及混合過程的影響．其結(jié)果表明，柴油噴霧貫穿距與噴孔高度、噴孔交角等因素相關(guān)，而柴油噴霧貫穿距對其霧化效果有明顯影響．在各因素中，雙燃料噴孔相對交角對柴油噴霧和天然氣射流混合過程的影響最為顯著．譚小強(qiáng)[11]在定容彈內(nèi)利用紋影法定量地分析了天然氣/柴油雙燃料噴射過程中不同天然氣噴射壓力和背壓下柴油噴霧對天然氣射流特性的影響．但該試驗(yàn)中所用的組合式雙燃料噴射器存在不足，天然氣通過適配器上加工的垂直微孔噴入定容彈內(nèi)，與實(shí)際同軸噴射器存在差異．

本文首先在定容彈中利用粒子圖像測速法(PIV)、紋影法分析了天然氣射流與環(huán)境氣體相互作用過程，隨后結(jié)合高速紋影法，在不同噴射壓力和噴射間隔下開展了天然氣/柴油雙燃料噴射工況下天然氣射流特性的試驗(yàn)研究，揭示了天然氣射流與柴油噴霧間相互混合及作用規(guī)律．

1?試驗(yàn)裝置及方法

1.1?PIV-紋影聯(lián)用雙燃料噴射可視化試驗(yàn)系統(tǒng)

圖1為雙燃料噴射可視化的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中主要裝置包括定容彈系統(tǒng)、柴油高壓共軌噴射系統(tǒng)、高壓天然氣噴射系統(tǒng)、PIV激光測試系統(tǒng)、高速紋影系統(tǒng)和電控單元(ECU)控制系統(tǒng)．試驗(yàn)中所用定容彈的高度和直徑均為700mm，內(nèi)徑650mm，四周壁厚25mm，底部和頂部壁厚50mm，視窗直徑165mm．定容彈內(nèi)填充空氣以作為環(huán)境氣體，氣體狀態(tài)保持常溫和常壓．柴油高壓共軌系統(tǒng)可以提供最高可達(dá)250MPa的穩(wěn)定噴油壓力．高壓天然氣罐內(nèi)儲存著壓力為12MPa的高壓天然氣，可通過調(diào)節(jié)減壓閥以將氣體壓力降至所需噴射壓力．天然氣管道的壓力傳感器則可實(shí)時監(jiān)測氣體狀態(tài)．

圖1?雙燃料噴射可視化試驗(yàn)系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)了一種雙燃料組合式噴射器來模擬天然氣/柴油同軸噴射器的工作過程，其結(jié)構(gòu)如圖2所示．主要部件包括：天然氣和柴油噴射器、天然氣導(dǎo)管、油管轉(zhuǎn)接頭、火花塞(用于傳輸ECU電信號至噴射器)、定容彈適配器和柴油噴射器支架．柴油噴射器安裝在噴射器支架上，其位置可以靈活調(diào)節(jié)．天然氣噴射器豎直向下，兩個噴射器噴孔間的垂直距離為4mm，水平距離為6mm．試驗(yàn)中所用的柴油和天然氣噴射器均為單孔，其中柴油噴孔直徑為0.16mm，天然氣噴孔直徑為1mm．調(diào)節(jié)柴油噴射器位置使得柴油噴孔豎直朝下而天然氣噴孔角度為10°，這樣的布置使得天然氣射流與柴油噴霧軸線的夾角為10°，天然氣射流能夠貫穿柴油噴霧區(qū)域區(qū)域，模擬實(shí)際雙燃料噴射器的噴射過程．雙燃料噴射組合器通過定容彈適配器安裝在定容彈上端中央，如圖3所示．

通過雙燃料噴射ECU可以實(shí)現(xiàn)雙燃料噴射器、PIV系統(tǒng)以及紋影系統(tǒng)的協(xié)同工作．通過調(diào)節(jié)噴射間隔、噴射頻率、噴射脈寬等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的噴射策略．PIV系統(tǒng)產(chǎn)自美國TSI公司，主要部件包括數(shù)碼相機(jī)、激光發(fā)生器、信號同步器、電腦端控制系統(tǒng)等．高功率激光器能產(chǎn)生波長為532nm的單色激光，配套有INSIGHT3G圖像后處理分析軟件，數(shù)碼相機(jī)最高拍攝頻率為15Hz．本文選取柴油液滴作為PIV示蹤粒子，經(jīng)過前期的標(biāo)定試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，設(shè)定柴油噴射壓力為120MPa時，噴霧液滴同時具有良好的跟隨性和成像性，從而能夠利用PIV獲得天然氣噴射過程中其周圍環(huán)境氣體的速度場及運(yùn)動狀態(tài)．高速紋影系統(tǒng)采用Z字形雙反射式光路[12]，主要部件包括兩面球面反射鏡、LED點(diǎn)光源、兩面小反射鏡、刀口、高速數(shù)碼相機(jī)等．紋影試驗(yàn)中采用的高速數(shù)碼相機(jī)型號為Photron公司的FASTCAM SA-Z型，根據(jù)試驗(yàn)需要將其拍攝速度設(shè)定為10000幀/s，拍攝所得的圖像分辨率為1024×1024．

圖2?雙燃料噴射組合器示意

圖3?雙燃料噴射組合器安裝位置示意

1.2?試驗(yàn)參數(shù)

表1顯示了試驗(yàn)中所采用的各項(xiàng)參數(shù)，每組試驗(yàn)均重復(fù)5次，取平均值為最終結(jié)果以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性．

表1?試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

Tab.1?Setting of experimental parameters

1.3?圖像處理過程

本文基于MATLAB軟件開展噴霧圖像后處理．圖像處理過程主要是選擇合理的閾值對圖像進(jìn)行二值化處理，再進(jìn)行腐蝕、膨脹等處理，從而得到理想的射流圖像，并基于圖像提取射流特性參數(shù)．單燃料射流的圖像處理過程如圖4所示，雙燃料圖像處理與之類似，只需在二值化中選擇合理的閾值，消除柴油圖像，僅提取天然氣圖像[11]．

圖4?天然氣射流圖像處理過程

1.4?射流參數(shù)定義

本文將利用天然氣射流貫穿距和射流錐角來描述天然氣射流特性，圖5為天然氣射流貫穿距和射流錐角的定義．

圖5?射流參數(shù)定義

從天然氣噴孔出口到天然氣射流頂端的垂直距離定義為射流貫穿距．由于天然氣射流頭部形狀不規(guī)律，故而設(shè)定從距離天然氣噴孔2mm處到0.6倍的處為錐角的計(jì)算區(qū)域[8, 13]．在天然氣射流發(fā)展過程中，射流側(cè)面會出現(xiàn)褶皺和凸起結(jié)構(gòu)，輪廓參差不齊，所以本文計(jì)算出每張射流圖像每一行像素位置處的射流錐角，然后將所得的多個射流錐角取平均值，定義所得的平均值為這張射流圖像中的天然氣射流錐角，從而確保結(jié)果的準(zhǔn)確．計(jì)算公式見公式(1)：

式中：l和r分別為左半錐角和右半錐角；為射流錐角；表示像素點(diǎn)所在行數(shù)(以噴孔處像素點(diǎn)所在位置為第一行)．

2?結(jié)果與討論

2.1?天然氣射流與環(huán)境空氣的相互作用

為研究天然氣/柴油雙燃料相互作用過程，本文首先結(jié)合紋影法和PIV研究天然氣單燃料射流混合過程．進(jìn)行PIV試驗(yàn)時，適量柴油被預(yù)先噴射到定容彈內(nèi)，靜置一段時間后，定容彈內(nèi)大量懸浮的柴油液滴則為示蹤粒子．由于天然氣射流速度發(fā)展很快，進(jìn)入其內(nèi)部的示蹤粒子很少，因而射流內(nèi)部速度場的PIV結(jié)果并不準(zhǔn)確，而天然氣射流輪廓處與周圍環(huán)境的示蹤粒子濃度較大，所以本文僅分析射流輪廓處和其周圍環(huán)境的PIV結(jié)果．

圖6是天然氣噴射壓力為4MPa、1.5ms時刻的天然氣射流紋影圖像和PIV圖像處理結(jié)果．通過對比天然氣射流紋影圖像和射流周圍空氣速度場可以發(fā)現(xiàn)，天然氣射流與空氣的交界面上的空氣運(yùn)動速度很快，并且不同區(qū)域的空氣呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動狀態(tài)．

從圖6(b)可以看出，天然氣射流頭部周圍的空氣被射流所帶動而向外運(yùn)動，但運(yùn)動速度遠(yuǎn)低于天然氣射流的貫穿速度．如圖6(b)所示，該部分空氣最大速度僅為3.7m/s，所以射流頭部會不斷將周圍空氣混合入其內(nèi)．從圖6(d)可以看出，射流頭部周圍的湍流強(qiáng)度較大，表明在天然氣噴射過程中，射流頭部高速沖擊著周圍的環(huán)境空氣，該區(qū)域發(fā)生著較強(qiáng)的湍流運(yùn)動．

圖6(b)顯示射流中部的環(huán)境空氣呈現(xiàn)比較規(guī)律的渦旋運(yùn)動狀態(tài)，空氣運(yùn)動方向先指向射流外側(cè)而后向上，最后又指向射流內(nèi)側(cè)，形成漩渦．射流側(cè)面中部的氣體如被“卷起”一般，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動一周后又重新回到射流主體．圖6(c)顯示天然氣射流中部兩側(cè)流場存在著大小相近、方向相反的渦量場．分析認(rèn)為，射流發(fā)展過程中射流側(cè)面與周圍空氣間較大速度差會在射流側(cè)面形成了一個剪切力，該剪切力會將天然氣“卷起”，從而形成較強(qiáng)的渦旋，這種渦旋的運(yùn)動狀態(tài)會促進(jìn)天然氣與環(huán)境空氣的混合作用，帶動其卷吸入天然氣射流內(nèi)，因此天然氣射流中部周圍的空氣呈現(xiàn)出了較強(qiáng)的渦旋運(yùn)動．

從圖6還可以看出，天然氣射流底部周圍空氣運(yùn)動方向均指向射流底部．因?yàn)樯淞鞯撞靠拷鼑娍壮隹谔?，天然氣從噴孔出口噴入定容彈低壓環(huán)境后在出口處會發(fā)生膨脹過程，且流動速度很快，從而在射流底部形成低壓區(qū)域，使得射流底部周圍空氣向射流主體運(yùn)動．

圖6?噴射壓力為4 MPa、1.5ms時天然氣射流PIV圖像

2.2?天然氣噴射壓力的影響

圖7為噴射間隔0.5ms時，天然氣噴射壓力對雙燃料噴霧發(fā)展過程的影響．引燃柴油被先噴入定容彈內(nèi)，由于其噴射壓力僅為40MPa，且噴射持續(xù)期較短，所以柴油噴霧噴射結(jié)束后很快便擴(kuò)散并與周圍空氣混合．如圖7所示，將天然氣噴射始點(diǎn)作為0ms，在0.6ms時，柴油噴霧在紋影圖像中已經(jīng)逐漸難以分辨．0.6ms時，天然氣射流已經(jīng)開始與柴油噴霧接觸，隨后貫穿柴油噴霧區(qū)域．天然氣射流頭部在向前發(fā)展過程中與周圍空氣不斷混合，使得輪廓外形不規(guī)律．在天然氣噴射期內(nèi)，射流底部因靠近噴孔出口，流速很快，得以保持著穩(wěn)定的射流錐角，其輪廓外形也較為清晰．1.6ms時天然氣已經(jīng)停止噴射，射流僅依靠慣性向前發(fā)展，射流頭部聚積較多的氣體，其輪廓較清晰，而天然氣底部氣體不斷擴(kuò)散并與周圍空氣混合，輪廓逐漸開始模糊．噴射結(jié)束后，射流頭部的天然氣濃度和動能相對較大，得以維持較快的運(yùn)動速度向前發(fā)展，而射流底部已經(jīng)逐漸擴(kuò)散，使得射流整體不斷拉長，體積逐漸增大．

圖7?不同天然氣噴射壓力下各時刻的雙燃料噴霧圖像

圖8和圖9分別是噴射間隔0.5ms、不同天然氣噴射壓力下單燃料和雙燃料工況的天然氣射流貫穿距和錐角變化規(guī)律．從圖中可以看出，雙燃料工況下射流貫穿距和錐角的發(fā)展趨勢和單燃料工況下基本一致．單燃料工況中，隨著噴射壓力的提高，天然氣初始動能增大，天然氣貫穿距隨之增大，而射流錐角隨之減小[3]，雙燃料工況下的天然氣射流也符合該規(guī)律．雙燃料噴射工況下的天然氣射流貫穿距及射流錐角均低于相同噴射壓力下單燃料噴射工況．

圖8 單燃料和雙燃料工況中不同天然氣噴射壓力下天然氣射流貫穿距對比

圖10對比了單燃料和雙燃料工況的紋影圖像. 可以看出，雙燃料工況下的天然氣射流在發(fā)展過程中會貫穿柴油噴霧與空氣混合區(qū)域，該區(qū)域平均密度相對較大，天然氣射流流經(jīng)該區(qū)域時會受到更大的阻力．其次，由2.1節(jié)可知，天然氣射流頭部會沖擊周圍環(huán)境，而雙燃料工況下天然氣頭部沖擊的則是平均密度較大的柴油噴霧區(qū)域，因此會受到更大的阻礙作用，使得天然氣射流頭部發(fā)生更強(qiáng)的湍流運(yùn)動，同時湍流耗散也越大，導(dǎo)致射流動能減?。僬?，在天然氣射流穿過柴油噴霧區(qū)域時，天然氣射流頭部會混合入一部分柴油，此時柴油噴霧速度相對天然氣運(yùn)動速度而言較低，所以雙燃料工況下天然氣射流會攜帶部分低速柴油向前發(fā)展，使得其射流貫穿能力進(jìn)一步衰減．在上述三種原因的共同作用下，雙燃料工況的天然氣貫穿距小于單燃料工況下天然氣貫穿距．

圖9 不同天然氣噴射壓力下單燃料工況和雙燃料工況天然氣射流錐角對比

圖10 0.5ms時刻單燃料工況和雙燃料工況射流紋影圖像對比

雙燃料工況下天然氣射流會攜帶部分柴油噴霧向前發(fā)展，這部分柴油噴霧不僅影響了射流貫穿距，也影響了射流錐角．由2.1節(jié)可知，天然氣射流側(cè)面中部氣體存在著較強(qiáng)的渦旋運(yùn)動，這種渦旋運(yùn)動會將射流周圍空氣卷吸入射流內(nèi)，如圖11所示．單燃料工況下，天然氣射流側(cè)面與周圍的空氣間速度差所形成的一個剪切力會產(chǎn)生較強(qiáng)的渦旋運(yùn)動，增強(qiáng)射流與空氣的混合作用，將環(huán)境空氣卷吸入其中．在卷吸過程中，部分天然氣無法重新回到射流主體，從而在射流側(cè)面形成許多褶皺和凸起結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致天然氣射流錐角增大．而在雙燃料工況下，天然氣射流在貫穿柴油噴霧時難以避免地會攜帶一些柴油噴霧，相比而言，這部分柴油噴霧密度較大而運(yùn)動速度低，會減弱天然氣射流的貫穿能力，造成射流貫穿速度下降，因而天然氣與周圍空氣間速度差減小，由速度差所導(dǎo)致剪切作用也隨之減弱．同時，天然氣射流會與之?dāng)y帶的柴油噴霧不斷地發(fā)生能量與動量的傳遞，使得天然氣射流體各部分的運(yùn)動速度都會受到影響，射流周向的擴(kuò)散運(yùn)動也隨之減弱．在上述因素的共同作用下，雙燃料工況中，天然氣射流側(cè)面的運(yùn)動減弱，卷吸強(qiáng)度降低，所以天然氣射流錐角小于單燃料工況．

圖11?天然氣射流卷吸作用

2.3?雙燃料噴射間隔的影響

圖12是在噴射壓力5MPa、不同噴射間隔工況下在0.5ms時刻的雙燃料噴射紋影圖像對比．噴射間隔為0ms時，在0.5ms時刻天然氣射流下方仍存在較濃的柴油噴霧．隨著噴射間隔從0ms擴(kuò)大至2ms，天然氣射流下方的柴油噴霧濃度逐漸減小，直至其輪廓在紋影圖像中已難以分辨．隨著噴射間隔的變化，天然氣射流和柴油噴霧的接觸面積也有所變化．如圖12所示，噴射間隔為0ms時，0.5ms時刻天然氣射流與柴油噴霧有較大面積的接觸；當(dāng)噴射間隔為0.5ms時，0.5ms時刻柴油噴霧主體距離天然氣射流頭部更遠(yuǎn)，射流頭部與柴油噴霧僅有很少的接觸．而隨著噴射間隔從0.5ms增大至2ms，盡管在紋影圖像中難以分辨，不過仍可推斷在0.5ms時刻天然氣射流與柴油噴霧接觸面更小，甚至沒有接觸，柴油噴霧距離天然氣射流更遠(yuǎn)，柴油噴霧濃度更低．

圖13及圖14分別是噴射壓力5MPa、不同噴射間隔下單燃料工況和雙燃料工況的射流貫穿距、錐角的變化．所有工況下天然氣射流貫穿距、射流錐角的隨時間的變化規(guī)律基本一致，只是在數(shù)值大小上存在差異．從圖中可以看出，噴射間隔對天然氣射流貫穿距和錐角都有一定的影響，雙燃料工況的天然氣貫穿距、錐角低于單燃料工況，噴射間隔越小時差距越明顯．當(dāng)噴射間隔為0ms時，柴油噴霧對天然氣射流的影響最為明顯．整個噴射過程中中，尤其是噴射后期，雙燃料噴射間隔為0ms時的天然氣射流貫穿距和射流錐角均明顯低于其他噴射間隔的天然氣射流貫穿距和錐角．

圖12?不同噴射間隔0.5ms時刻雙燃料噴霧圖像

圖13?不同噴射間隔下天然氣射流貫穿距的變化

圖14?不同噴射間隔下天然氣射流錐角的變化

圖15是噴射壓力5MPa下單燃料工況和噴射間隔0ms時雙燃料工況噴射的紋影圖像對比．通過對比單燃料工況和雙燃料工況的射流發(fā)展過程，展示了噴射間隔為0ms時天然氣射流與柴油噴霧間的相互作用．在0.4ms時，雙燃料工況中天然氣射流開始與柴油噴霧接觸并受到柴油噴霧對天然氣射流的阻礙作用，天然氣射流發(fā)展過程受到影響，射流貫穿距小于同時刻單燃料噴射下的天然氣射流．隨著噴射過程的發(fā)展，天然氣射流與柴油噴霧的接觸面積更大，受其影響也更大．0.6ms時刻，從圖15可以看出，雙燃料工況下天然氣射流頭部形狀與單燃料工況已經(jīng)有明顯的區(qū)別，雙燃料工況下射流沖擊柴油噴霧而受到阻礙作用，射流頭部在軸向的發(fā)展受到限制而在徑向的膨脹加強(qiáng)，頭部形狀更近似于圓形．0.7ms時刻，雙燃料工況下天然氣射流已經(jīng)貫穿了大部分的柴油噴霧區(qū)域，頭部側(cè)面出現(xiàn)了明顯的凸起結(jié)構(gòu)．0.8ms時刻，受柴油的影響，雙燃料工況下天然氣射流頭部膨脹不均勻，射流頭部小于單燃料工況下的天然氣射流頭部．由圖13發(fā)現(xiàn)，在0.5ms時刻，除噴射間隔為2ms工況外，其他噴射間隔工況下天然氣射流貫穿距均開始低于單燃料工況的天然氣貫穿距，而噴射間隔為2ms工況的射流貫穿距與單燃料工況相比沒有明顯變化．

圖15 噴射間隔為0ms時，單燃料工況和雙燃料工況紋影圖像對比

綜合上述分析并結(jié)合2.2節(jié)可知，雙燃料工況下，由于天然氣攜帶了較多的柴油，其軸向和徑向的運(yùn)動都受到了限制，射流貫穿距和錐角都將減?。趪娚溟g隔為0ms時，天然氣射流沖擊相對較濃的柴油噴霧，天然氣射流的運(yùn)動受到的柴油噴霧阻礙和擾動作用最強(qiáng)，天然氣射流貫穿距和射流錐角與單燃料工況的差值最大．而隨著雙燃料噴射間隔從0ms增大至2ms，柴油噴霧區(qū)域逐漸遠(yuǎn)離天然氣射流頭部，天然氣射流與柴油噴霧接觸面積減小，柴油噴霧對射流發(fā)展的影響也隨之減?。?dāng)噴射間隔為2ms時，雙燃料工況下天然氣射流貫穿距和錐角相比單燃料工況已經(jīng)沒有明顯差距．

3?結(jié)?論

(1) 天然氣射流頭部、中部、底部周圍空氣呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動狀態(tài)：天然氣射流頭部沖擊周圍的空氣，發(fā)生較強(qiáng)的湍流運(yùn)動；天然氣射流側(cè)面發(fā)生渦旋運(yùn)動，將周圍空氣卷吸入天然氣射流內(nèi)；而天然氣射流底部靠近噴孔出口，流速較大，會產(chǎn)生低壓區(qū)將周圍空氣吸入射流內(nèi)．

(2) 雙燃料工況下，天然氣射流在貫穿柴油噴霧區(qū)時會受到柴油噴霧的阻礙和擾動，并會攜帶部分低速柴油噴霧繼續(xù)向前發(fā)展，使得天然氣射流整體的運(yùn)動受到限制，降低射流對周圍空氣的卷吸強(qiáng)度，天然氣射流貫穿距和射流錐角均減?。烊粴鈬娚鋲毫Φ奶岣邥龃笊淞鞒跏紕幽?，能夠減弱柴油噴霧對天然氣射流的阻礙作用．

(3) 在雙燃料工況下，噴射間隔為0ms時，柴油對天然氣射流的影響最強(qiáng)，導(dǎo)致天然氣射流貫穿距和射流錐角與單燃料工況的差值最大．隨著噴射間隔的增大，天然氣射流與柴油噴霧接觸面減小，天然氣射流受柴油噴霧的阻礙和擾動作用減弱，天然氣射流貫穿距和射流錐角受柴油噴霧的影響也隨之減小．

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Natural Gas Jet Characteristics of Diesel Pilot Direct Injection Natural Gas Engine

Kang Jiaming，Wang Qian，Shao Changsheng，Huang Yingjie，Rui Lu

(School of Energy and Power Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)

The natural gas jet characteristics of natural gas/diesel dual-fuel injection under different natural gas injection pressures and different injection intervals were studied in a constant volume vessel using the schlieren imaging method．Combined with the natural gas jet flow field obtained by particle image velocimetry(PIV)，the interaction between natural gas jet and diesel spray was discussed．Results show that the air around the head，middle and bottom of the natural gas jet had different movement states．Under the dual-fuel injection condition，the natural gas jet was disturbed by the diesel spray through which it passed，so that the jet tip penetration and jet cone angle were both reduced．With the increase in natural gas injection pressure，the effects of diesel spray on the natural gas jet decreased．With the increase in the injection interval between natural gas and diesel，the interaction between diesel spray and the natural gas jet was weakened，and the effects of diesel spray on the natural gas jet tip penetration and jet cone angle also decreased．

natural gas engine；dual-fuel；particle image velocimetry(PIV)；schlieren method；jet characteristics

TK431

A

1006-8740(2019)05-0431-08

10.11715/rskxjs.R201812022

2018-12-22．

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51876083).

康佳明（1993—），男，碩士研究生，kangjiaming1993@outlook.com.

王?謙，男，博士，教授，qwang@ujs.edu.cn.