袁列杰， 秦靜， 裴毅強(qiáng)， 任源， 王志東， 劉威

(1.天津大學(xué) 內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2. 天津大學(xué) 內(nèi)燃機(jī)研究所，天津 300072)

為滿足日益嚴(yán)格的油耗排放法規(guī)，以缸內(nèi)直噴技術(shù)為主導(dǎo)的汽油缸內(nèi)直噴(gasoline direct injection,GDI)汽油機(jī)不斷向著小型強(qiáng)化方向發(fā)展。由于燃料在缸內(nèi)與空氣混合的時(shí)間有限，缸內(nèi)容易出現(xiàn)局部混合氣過(guò)濃，從而產(chǎn)生大量顆粒物等大氣污染物。研究表明，燃料以高于其臨界溫度和壓力的超臨界形式噴入汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，將進(jìn)一步改善燃料與空氣的混合，降低顆粒污染物排放，最終實(shí)現(xiàn)燃料更高效清潔的燃燒[1-2]。

在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究超臨界燃油噴射相對(duì)較晚，且最初是研究燃油噴射壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響[3-4]。但是，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)性能受制于燃油噴射壓力的限值和壓力影響的局限，很難再取得新的突破。對(duì)此，很多學(xué)者開(kāi)始研究燃油溫度對(duì)噴霧混合的影響。Chen等[5]設(shè)計(jì)了一種新型的加熱式汽油缸內(nèi)直噴噴油器，探究了燃油溫度對(duì)汽油、異辛烷等燃油噴霧宏觀結(jié)構(gòu)的變化；Wu等[6]則研究了不同溫度下正戊烷在單孔、多孔、單槽噴油器下的噴射特性，說(shuō)明了燃油狀態(tài)及噴油器噴孔結(jié)構(gòu)對(duì)噴射特性的影響；同時(shí)，張淼等[7]也基于常溫常壓環(huán)境條件，研究了不同燃油溫度下汽油燃料亞/超臨界噴霧特性。顯然，不僅是燃油噴射壓力溫度，環(huán)境的溫度、壓力也對(duì)燃油噴射特性有顯著影響。為此，不少學(xué)者探究了非常溫常壓環(huán)境下燃油的噴射特性。如Wensing等[8]將正庚烷、正十二烷及正十六烷燃料噴入高于其臨界溫度壓力的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)燃油氣化會(huì)直接過(guò)渡到氣液兩相邊界消失的超臨界階段，不經(jīng)過(guò)蒸發(fā)過(guò)程；Crua等[9]則借助于高速可視化系統(tǒng)進(jìn)一步論證了燃油在高于其臨界溫度壓力環(huán)境下噴霧過(guò)渡到擴(kuò)散混合氣所需要時(shí)間取決于環(huán)境氣體的壓力溫度以及燃料的特性。

至今，尚未有學(xué)者基于特定環(huán)境來(lái)研究汽油不同溫度對(duì)射流宏觀特性的影響。對(duì)此，本文選取GDI汽油機(jī)常用工況2 000 r·min-1BMEP=0.2 MPa(BMEP為平均有效壓力)，基于上止點(diǎn)前30 ℃A(曲軸轉(zhuǎn)角)左右時(shí)缸內(nèi)氣體溫度壓力環(huán)境，研究了高溫環(huán)境下汽油燃料不同燃油溫度的射流特性。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)和方法

1.1 試驗(yàn)裝置及工況條件

試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，主要包括定容燃燒彈、燃油供給系統(tǒng)、溫度、壓力控制系統(tǒng)、同步觸發(fā)控制單元和圖像采集系統(tǒng)。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of testing system

試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)中通過(guò)套在噴油器頭部的加熱裝置對(duì)燃油進(jìn)行加熱，并利用二次儀表對(duì)加熱圈的電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了燃油溫度的控制。其中，對(duì)燃油溫度測(cè)量標(biāo)定則是通過(guò)伸入到噴油器頭部?jī)?nèi)的熱電偶間接測(cè)量噴油器壁面溫度來(lái)完成。燃油的噴射壓力是通過(guò)囊式蓄能器獲得，壓強(qiáng)可調(diào)范圍為0～31.5 MPa；考慮到單孔和5孔結(jié)構(gòu)對(duì)貫穿距影響，設(shè)置單孔和5孔噴射壓強(qiáng)分別為8.3、10.2 MPa時(shí)，相同燃油溫度條件下單孔和5孔的貫穿距最為接近。定容燃燒彈內(nèi)環(huán)境溫度通過(guò)爐瓦中鑲嵌的電熱爐絲來(lái)加熱，環(huán)境壓力則靠通入壓縮氮?dú)鈦?lái)獲得。

表1 試驗(yàn)參數(shù)Table 1 Experimental specifications

1.2 紋影測(cè)試系統(tǒng)

為了更好觀測(cè)氣液兩相的存在，保證測(cè)量精度，試驗(yàn)采用了“Z”型反射式平行光紋影測(cè)試系統(tǒng)。射流圖像的拍攝采用的是Photron公司生產(chǎn)的Fastcam SA5高速攝像機(jī)，分辨率為576×576像素，拍攝的幀率為10 000幀/s，光源采用功率為100 W的鹵素?zé)?，紋影光路如圖2所示。

圖2 紋影光路示意Fig.2 Schlieren optical path diagram

1.3 圖像處理及參數(shù)定義

利用Matlab軟件設(shè)定適當(dāng)?shù)幕叶乳撝担瑢?duì)拍攝圖像進(jìn)行去背景、轉(zhuǎn)化成灰度圖及二值化處理分析。如圖3所示，為了量化分析射流宏觀發(fā)展，定義貫穿距為射流軸線方向前鋒面頂端與噴孔之間最大距離；射流寬度d為垂直射流軸線方向上穿過(guò)流體的最大連線距離；射流錐角為等腰三角形頂角，由噴孔出口以下50%貫穿距L的射流圖像面積等效所得，有別于傳統(tǒng)計(jì)算的錐角θ方法[10-11]。根據(jù)Matlab軟件程序處理后的射流輪廓邊界計(jì)算得到射流的正向投影面積S及輪廓周長(zhǎng)C。

圖3 射流參數(shù)的定義Fig.3 Definition of jets’ parameters

汽油為多種烴類組成的混合物，其臨界壓力和溫度不能直接測(cè)出。首先通過(guò)查閱資料得到汽油的蒸餾數(shù)據(jù)，據(jù)此得到汽油的體積平均沸點(diǎn)以及汽油比重，然后代入文獻(xiàn)[12]所述關(guān)聯(lián)式中計(jì)算修正，如表2所示，最終確定汽油的臨界壓力Pc為3.7 MPa,臨界溫度Tc為278 ℃。同時(shí)，參考文獻(xiàn)[7]定義,并對(duì)燃油的亞臨界態(tài)進(jìn)行細(xì)分，設(shè)定燃油溫度Tf在188～244 ℃時(shí)為其低亞臨界階段，244～278 ℃時(shí)為其亞臨界階段，278 ℃以上時(shí)為其超臨界階段。

表2 汽油燃料的臨界點(diǎn)Table 2 Supercritical point of gasoline

1.4 分割閾值及重復(fù)性試驗(yàn)對(duì)參數(shù)的影響

研究中，將每個(gè)燃油溫度點(diǎn)Tf進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，利用圖像處理程序提取射流宏觀參數(shù)，并對(duì)定義參數(shù)求取平均值，以單孔射流貫穿距L為例，不同分割閾值對(duì)結(jié)果的影響如圖4(a)所示，3次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如圖4(b)所示。

圖4 分割閾值和重復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)單孔射流貫穿距的影響Fig.4 Influence of segmentation threshold and repeated experiments on single-hole jets’ penetration

此外，由于燃油在噴射初期發(fā)展不穩(wěn)定及噴射后期干擾因素較多，不便于研究上述定義參數(shù)，所以后續(xù)單孔和5孔射流的流量化分析均以噴射中期1.5 ms ASOI (after start of injection)時(shí)刻展開(kāi)，后面不再贅述。

2 單孔射流分析

2.1 射流形態(tài)發(fā)展

單孔射流形態(tài)發(fā)展如圖5所示。燃油從低亞臨界態(tài)轉(zhuǎn)變到亞臨界態(tài)時(shí)，對(duì)比射流明暗亮度，可以發(fā)現(xiàn)燃油離開(kāi)噴孔初期，在噴射軸線方向中上游段有射流暗區(qū)，表明射流存在高密度液相流體；而在射流邊緣與環(huán)境介質(zhì)接觸的地方為燃油氣化區(qū)域，射流明亮且亮度與環(huán)境氣體一致。隨著燃油溫度升高，射流與環(huán)境介質(zhì)的密度差減小，其所受重力與環(huán)境氣體阻力逐漸平衡，射流前進(jìn)軌跡彎曲逐漸消失。受內(nèi)部湍流及周圍環(huán)境介質(zhì)的擾動(dòng)，射流邊緣存在凸起氣團(tuán)，且射流初期形成的凸起氣團(tuán)并不穩(wěn)定。在噴射后期及噴油結(jié)束時(shí)，射流慣性力減小，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡約束減小，射流表面結(jié)構(gòu)變得異常不規(guī)則和隨機(jī)。進(jìn)一步升高燃油溫度，燃油達(dá)到其超臨界態(tài)，射流溫度逐漸接近環(huán)境氣體溫度，2種介質(zhì)之間相互作用減弱，使得射流邊緣凸起氣團(tuán)減少。同時(shí)，在燃油溫度達(dá)到其臨界溫度后，繼續(xù)升高燃油溫度，初期射流輪廓呈現(xiàn)出常見(jiàn)的“球棒形”結(jié)構(gòu)，且相比于低亞臨界和亞臨界態(tài)射流輪廓，超臨界態(tài)射流邊緣更加光滑規(guī)則。

圖5 單孔射流形態(tài)發(fā)展Fig.5 Development of single-hole jets′ structure

2.2 燃油溫度對(duì)射流特性影響

如圖6所示，在整個(gè)噴油期間，隨著噴射的進(jìn)行，單孔汽油射流的貫穿距L逐漸增加，射流的貫穿距變化具有較好的單調(diào)性和連續(xù)性。在噴射初期，不同燃油溫度下的射流貫穿距變化隨機(jī)，而在噴射中期能夠形成穩(wěn)定的發(fā)展，表明時(shí)刻t為1.5 ms ASOI處的射流狀態(tài)可表征射流發(fā)展的特點(diǎn)。

圖6 射流貫穿距時(shí)序變化(ASOI)Fig.6 Changes of jets′ penetration over time (ASOI)

如圖7所示，在燃油低亞臨界階段，受射流內(nèi)部湍流、慣性力及與高溫環(huán)境作用的綜合影響，貫穿距的大小基本保持不變。繼續(xù)升高燃油溫度，燃料處于亞臨界態(tài)時(shí)，燃油過(guò)熱，閃急沸騰微爆效應(yīng)明顯[13]，使得射流徑向擴(kuò)散速度增加，軸向運(yùn)動(dòng)動(dòng)量減小，且射流液相區(qū)慣性力隨其溫度升高而減小，均使得貫穿距減小。貫穿距在燃油溫度達(dá)到臨界溫度278 ℃時(shí)有最小值45.44 mm，超過(guò)臨界溫度后，燃油劇烈閃急沸騰，射流氣化量和流動(dòng)動(dòng)能增加，促進(jìn)了射流內(nèi)部湍流擴(kuò)散進(jìn)程，使貫穿距有突增的拐點(diǎn)，從44.43 mm驟增至51.58 mm，繼續(xù)升高燃油溫度，射流離開(kāi)噴孔后基本氣化，射流貫穿距變化很小。

圖7 射流貫穿距和射流寬度(1.5 ms ASOI)Fig.7 Penetration and width of jets (1.5 ms ASOI)

在低亞臨態(tài)和亞臨界態(tài)時(shí)，燃油過(guò)熱，閃急沸騰微爆效應(yīng)使得射流徑向擴(kuò)散速度增加；同時(shí)，射流受內(nèi)部湍流擾動(dòng)及與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生熱量和動(dòng)量交換的相互作用，且后者的影響更加顯著，使得射流邊緣出現(xiàn)了凸起氣團(tuán)，導(dǎo)致射流輪廓發(fā)展不規(guī)則，射流寬度在17.78～21.68 mm范圍內(nèi)波動(dòng)變化。繼續(xù)升高燃油溫度至超臨界態(tài)，燃油氣化比例增加且分布更加均勻，微爆效應(yīng)減弱，射流寬度有減小的傾向；在燃油溫度達(dá)到315 ℃后，射流輪廓略微內(nèi)縮，射流寬度從19.94 mm逐漸減小至15.91 mm。

由圖8可知，在低亞臨界階段，燃油溫度從188 ℃升高到244 ℃時(shí)，射流錐角θ大小受燃油閃急沸騰微爆效應(yīng)影響，射流錐角整體呈現(xiàn)增加的變化趨勢(shì)，且燃油溫度從227 ℃升高到244 ℃時(shí)，射流錐角增加了19%。繼續(xù)升高燃油溫度至260 ℃，燃油處于亞臨界態(tài)時(shí)，射流閃急沸騰微爆效應(yīng)增強(qiáng)，使得其錐角增幅明顯，達(dá)到最大值36.24°。燃油從亞臨界態(tài)向超臨界態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，越過(guò)燃油臨界點(diǎn)溫度278 ℃后，微爆效應(yīng)減弱則使得射流錐角有一定程度的減小。

圖8 射流錐角的變化(1.5 ms ASOI)Fig.8 Changes of jets′ cone angle (1.5 ms ASOI)

圖9(a)為射流投影面積S。在低亞臨界階段，燃油溫度從188 ℃升高到244 ℃，燃油分子的熱運(yùn)動(dòng)及射流內(nèi)部湍流加劇，有助于燃油的氣化擴(kuò)散，射流投影面積從456.37 mm2增加到504.79 mm2。繼續(xù)升高燃油溫度至278 ℃，受高溫環(huán)境熱交換、動(dòng)量交換等影響，射流擴(kuò)散發(fā)展并不穩(wěn)定，且在燃油溫度260 ℃時(shí)達(dá)到最大值524.93 mm2。當(dāng)燃油溫度超過(guò)其臨界點(diǎn)溫度278 ℃時(shí)，燃油處于超臨界階段，劇烈閃急沸騰會(huì)造成射流內(nèi)部劇烈的氣體擾動(dòng)，射流輪廓變化顯著，使得整個(gè)射流氣化擴(kuò)散的面積呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。

射流輪廓周長(zhǎng)C受射流貫穿距及環(huán)境氣動(dòng)阻力作用的影響，并隨著燃油溫度的升高而不斷變化，如圖9(b)所示。在低亞臨界階段，燃油溫度從188 ℃升高到205 ℃，射流輪廓周長(zhǎng)從150.6 mm增加到174 mm，增幅為15.6%；但是溫度超過(guò)205 ℃時(shí)，由于貫穿距減小，射流輪廓周長(zhǎng)明顯減小。在亞臨界階段，縱使射流擴(kuò)散面積不斷增加，但貫穿距減小及射流輪廓邊緣凸起氣團(tuán)的減少明顯，最終也使得射流輪廓周長(zhǎng)減小，在278 ℃時(shí)達(dá)到最小值140.55 mm。在超臨界階段，燃油溫度逐漸接近環(huán)境溫度，射流與高溫環(huán)境相互作用減弱，燃油分子熱運(yùn)動(dòng)使得射流輪廓變得光滑，凸起的氣團(tuán)邊緣減少，輪廓周長(zhǎng)整體上呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

圖9 射流全局參數(shù)的變化(1.5 ms ASOI)Fig.9 Changes of jets′ global parameters (1.5 ms ASOI)

3 多孔射流分析

3.1 射流形態(tài)發(fā)展

從圖10中可以看出，不同燃油溫度下，射流形態(tài)隨著噴射進(jìn)行而不斷發(fā)展變化。在低亞臨界階段，燃油溫度從188 ℃增加到244 ℃，射流外形沒(méi)有明顯變化；燃油溫度從244 ℃升高到278 ℃時(shí)，射流沿著噴射軸線及其垂直方向擴(kuò)散，前鋒面有略微的凸起；繼續(xù)升高燃油溫度，燃油處于超臨界態(tài)時(shí)，射流寬度整體變大，前鋒面凸起顯著，射流擴(kuò)散在燃油溫度300 ℃時(shí)達(dá)到最大的軸向距離。燃油溫度達(dá)到278 ℃后，不同于單孔射流，多孔射流在噴射中心軸線兩側(cè)發(fā)生了塌陷，且隨著燃油溫度的增加，塌陷愈發(fā)明顯；在燃油溫度到300 ℃后，整個(gè)射流形狀由“扇形”凹陷成“傘形”，噴射中心軸線方向前端出現(xiàn)凸起，并且同時(shí)在中心兩側(cè)規(guī)則地凹陷。隨著燃油溫度進(jìn)一步升高，多孔噴射軸線中心兩側(cè)的塌陷逐漸消失，射流“傘形”形狀隨之不見(jiàn)，射流邊緣的不規(guī)則團(tuán)狀凸起氣團(tuán)逐漸消失，輪廓變得清晰規(guī)則。

圖10 5孔射流形態(tài)發(fā)展Fig.10 Development of 5-hole jet structure

3.2 燃油溫度對(duì)射流影響

圖11為不同燃油溫度下射流貫穿距隨時(shí)間的變化。在噴射初期的0.5 ms ASOI內(nèi)，射流發(fā)展不穩(wěn)定，其貫穿距L變化沒(méi)有規(guī)律；隨著時(shí)間的發(fā)展，噴射逐漸達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，射流在噴射中期1.5 ms ASOI附近隨燃油溫度變化呈現(xiàn)穩(wěn)定的規(guī)律性。在整個(gè)噴射期內(nèi)，射流貫穿距變化連續(xù)且單調(diào)。

圖11 射流貫穿距時(shí)序變化(ASOI)Fig.11 Changes of jets′ penetration over time (ASOI)

如圖12所示，燃料溫度從188 ℃升高至278 ℃時(shí)，貫穿距呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，在300 ℃時(shí)達(dá)到最大值52.74 mm，繼續(xù)升高燃油溫度至345 ℃時(shí)，射流貫穿距整體上減小。其原因是：隨著燃油溫度的升高，汽油中低沸點(diǎn)的烴類物質(zhì)逐漸氣化，高沸點(diǎn)的烴類物質(zhì)尚未達(dá)到其沸點(diǎn)溫度，射流液相區(qū)受閃急沸騰作用及相鄰油束間干涉重疊的影響，導(dǎo)致射流軸線中心形成高速低壓區(qū)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流卷吸作用，使得射流中心產(chǎn)生塌縮現(xiàn)象[14-15]，且塌陷對(duì)射流影響大于其與高溫環(huán)境的氣體阻力作用，最終貫穿距增大。在超臨界階段，燃油溫度高于其臨界溫度后，高溫使氣相區(qū)分布均勻，致使射流中心流體速度高于兩側(cè)的程度越來(lái)越小，前鋒面中心凸起變小，貫穿距略微減小。

圖12 射流貫穿距和射流寬度(1.5 ms ASOI)Fig.12 Penetration and width of jets (1.5 ms ASOI)

燃油處于低亞臨界態(tài)時(shí)，射流寬度從47.21 mm增加至51.45 mm。其主要原因是，燃油溫度升高，其閃急沸騰微爆效應(yīng)增強(qiáng)[16]，對(duì)射流寬度影響顯著，使得射流寬度增加。燃油在亞臨界態(tài)244 ℃時(shí)，多孔射流油束之間的干涉重疊開(kāi)始明顯，射流寬度短暫減?。辉趤喤R界階段，射流中心塌陷的擠壓作用開(kāi)始顯現(xiàn)，使得260 ℃時(shí)射流寬度有上升的突變，而兩者的綜合作用，使得射流寬度在亞臨界區(qū)起伏變化。繼續(xù)提高燃油溫度至超臨界態(tài)，射流中心塌陷的擠壓作用明顯，射流寬度在增加一定程度后保持基本穩(wěn)定。

通過(guò)與單孔射流對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)多孔射流塌陷現(xiàn)象對(duì)貫穿距的影響遠(yuǎn)超過(guò)慣性力及環(huán)境氣體阻力，且對(duì)射流寬度的作用明顯。隨著燃油溫度的升高，燃油過(guò)熱時(shí)閃急沸騰微爆效應(yīng)，一方面促進(jìn)了射流徑向的發(fā)展，限制了貫穿距的增加；另一方面也成

為多孔射流塌陷的原因之一，增加了射流寬度，也增加了貫穿距。

從圖13中可知，燃油在低亞臨界態(tài)時(shí)，射流錐角θ的變化不大，均在100°以上。燃油溫度升高至亞臨界態(tài)時(shí)，輕微閃急沸騰微爆效應(yīng)使得射流錐角有變大的趨勢(shì)；同時(shí)，多孔射流受相鄰油束間的干擾及射流液相中心高速低壓流動(dòng)的卷吸作用影響，射流外緣氣相區(qū)向內(nèi)收縮靠近，且后者的影響更為顯著，導(dǎo)致射流錐角明顯降低，在278 ℃時(shí)射流錐角減小到94.23°。繼續(xù)升高燃油溫度，當(dāng)其超過(guò)臨界點(diǎn)溫度278 ℃后，噴射類似于氣體射流，射流液相區(qū)的高速低壓流動(dòng)影響逐漸變小，射流錐角減小的趨勢(shì)變緩，直至330 ℃后射流錐角的大小基本保持不變。

圖13 射流錐角的變化(1.5 ms ASOI)Fig.13 Changes of jets′ cone angle (1.5 ms ASOI)

如圖14(a)所示，燃油在低亞臨界態(tài)時(shí)，受內(nèi)部湍流及周圍高溫環(huán)境氣動(dòng)阻力的作用，射流表面輪廓復(fù)雜且隨機(jī)，射流的投影面積S變化沒(méi)有規(guī)律。在亞臨界階段，隨著燃油溫度升高，燃油分子間熱運(yùn)動(dòng)加劇，射流氣相區(qū)不斷擴(kuò)大，使得整個(gè)燃油擴(kuò)散面積增大。在溫度達(dá)到300 ℃后，射流與高溫環(huán)境介質(zhì)的溫差逐漸變小，與環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行熱交換、動(dòng)量交換的能力不斷減弱，使得射流擴(kuò)散面積增加的趨勢(shì)略有減??；燃油溫度在345 ℃時(shí)，射流擴(kuò)散面積達(dá)到最大值2 112.17 mm2。

圖14 射流全局參數(shù)的變化(1.5 ms ASOI)Fig.14 Changes of jets′ global parameters (1.5 ms ASOI)

在燃油低亞臨界、亞臨界階段，由于燃油分子熱運(yùn)動(dòng)、射流內(nèi)部湍流及與高溫環(huán)境的綜合作用是動(dòng)態(tài)變化的，射流的輪廓周長(zhǎng)C并不隨著擴(kuò)散面積和燃油溫度同步單調(diào)變化，如圖14(b)所示。燃油在達(dá)到超臨界溫度300 ℃之后，繼續(xù)升高溫度至330 ℃，射流與環(huán)境介質(zhì)的相互作用減弱，邊緣輪廓變得光滑，射流與環(huán)境的有效接觸周長(zhǎng)變短，射流輪廓周長(zhǎng)明顯下降。進(jìn)一步提高溫度至345 ℃，射流輪廓周長(zhǎng)基本不變，保持在258 mm左右，表明此時(shí)以燃油分子熱運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)的擴(kuò)散作用對(duì)射流輪廓周長(zhǎng)影響不大。

對(duì)比圖9、圖14的射流全局參數(shù)，可以看出多孔射流投影面積和輪廓周長(zhǎng)的影響因素及變化與單孔射流一樣。受內(nèi)部湍流、高溫環(huán)境的影響，射流輪廓隨燃油溫度變化而變化；而超臨界狀態(tài)下以燃油分子熱運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)的擴(kuò)散作用使得單孔和多孔射流輪廓逐漸光滑，射流投影面積和輪廓周長(zhǎng)的變化減小。

4 結(jié)論

1)單孔、多孔射流的貫穿距、射流寬度均受其慣性力、內(nèi)部湍流及與高溫環(huán)境氣體作用的影響。在燃油亞臨界態(tài)和超臨界態(tài)時(shí)，多孔射流還受閃急沸騰的作用及相鄰油束之間的干擾，導(dǎo)致射流中心發(fā)生塌陷，使得多孔射流貫穿距、射流寬度發(fā)展趨勢(shì)異于單孔射流。

2)提高燃油溫度至不同的臨界狀態(tài)，對(duì)射流錐角的影響存在差異。在亞臨界階段時(shí)，燃油閃急沸騰微爆效應(yīng)使得射流錐角有增加的趨勢(shì)；在超臨界階段時(shí)，射流內(nèi)縮，致使射流錐角明顯減小。

由于試驗(yàn)缺乏射流中燃油粒徑、粒速的測(cè)量，一些宏觀現(xiàn)象的解釋尚未有必要的數(shù)據(jù)支撐，缺乏公認(rèn)的理論來(lái)闡述，所以后續(xù)的試驗(yàn)將圍繞超臨界射流粒徑、粒速等微觀特性參數(shù)測(cè)量展開(kāi)，以及進(jìn)行不同環(huán)境條件下的超臨界射流特性研究，從而更加全面的認(rèn)識(shí)超臨界射流的特性，進(jìn)一步完善理論分析。