使用双镜头的平面激光诱导激发复合体进行汽油喷雾成像

       燃料喷射系统在直接喷射汽油发动机中的作用是实现合适的燃料蒸汽分布,均匀或具有一定程度的分层,同时避免不希望的影响,例如壁润湿。平面激光诱导的激发复合体荧光(LIEF)是一种适用于表征此类喷雾的方法,因为它可以同时对燃料的汽相和液相进行单独成像。

       在这项研究中,研究了一个由向外开口的压电驱动喷射器产生的空心锥形喷雾器,喷射器安装在一个带有石英窗的恒体积恒压喷雾室中,提供可控的稳定测试环境。正己烷用作汽油的替代燃料,与形成荧光示踪剂的激发复合体 - 氟苯和二乙基甲胺一起使用。使用来自以10Hz运行的Nd:YAG激光器(266nm)的四次谐波光的平行激光片进行荧光激发。来自液相的激发复合体荧光图像和来自气相的单体荧光喷雾图像可以通过配备双镜头的单个UV敏感CMOS相机(HiSense Zyla)获得,所述双镜头具有选择性地在295nm处发射单体荧光并且在355nm处发射激发复合体荧光的滤光器。由于荧光被氧强烈猝灭,因此大多数实验在氮气环境中进行。

图2. 实验设备图,喷雾被喷射进入左侧的恒体积室中

       在喷射期间和喷射结束后的不同时间步记录图像,观察到这种类型喷射器的典型喷雾形成,即燃料形成膨胀锥,片破裂形成的涡旋结构和涡流在喷射结束后继续扩大。首先在与液滴相同的位置观察燃料蒸汽,然后将其积聚到涡流的中心。此外,发现液相和气相的渗透非常相似。已经测试了各种喷射压力,这表明将燃料压力从10MPa增加到20MPa导致更大的涡流结构。燃料蒸发之后可以研究单体和激发复合体荧光随时间的演变。在室温下,发现蒸发非常缓慢,但是在40℃以上,在喷射结束时有明显的蒸汽存在,并且在更高的温度下,蒸发变得更快。

图1. 实验设备草图

图3.测量结果示例(燃油温度46°C,环境压力2.6 bar,喷射压力50 bar,开始喷射触发信号后2ms采集的图像)

参考文献

[1] Evaporation of Gasoline-Like Sprays from an Outwards-Opening Injector Studied with LIEF, M. Andersson, A. Yamaguchi and H. Wang, The 9th international conference on modeling and diagnostics for advanced engine systems, Japan, 2017
[2] Imaging of gasoline-like sprays with planar laser-induced exciplex fluorescence using a stereoscopic imaging system, M. Andersson, A. Yamaguchi, P. Dahlander and H. Wang, 28th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Spain, 2017

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