Развитие дизельной струи на основном участке

      На основном участке развития струи каждая элементарная порция впрыскиваемого топлива движется в осевом ядре струи вплоть до ее вершины, где эта порция оттесняется на периферию струи, резко тормозится до полной потери начальной скорости и заполняет оболочку струи. Часть массы элементарной порции топлива рассеивается в оболочке струи по пути движения к переднему фронту. При налете струи на стенку, топливо попавшее в передний фронт постепенно переходит в пристеночную зону. Траектория струи и, соответственно, время и место ее встречи со стенкой определяются с учетом переносного влияния воздушного вихря. Процесс взаимодействия топливной струи со стенкой весьма сложен. В период укладки переднего фронта струи на стенку на ней формируется конусообразный уплотненный топливогазовый слой в границах пятна, образованного пересечением конуса струи с поверхностью стенки. После быстрой укладки фронта струи на стенку топливо начинает растекаться за пределы начального пятна. Скоростной осевой поток струи, налетая на стенку, уплотняет пристеночный слой, раздвигает его границы, а часть потока движется над этим слоем к его периферии. Форма пристеночного пятна и скорость его растекания в различных направлениях зависят от угла встречи струи со стенкой. На рис. 1 показана типичная кинограмма развития струи в камере сгорания.

Рис. 1. Контуры топливной струи и характеристики движения ее вершины
            в условиях дизеля 12ДН23/30;  n = 750 мин^-1, gc = 0.62 г.

          Обозначения:
1. U скорость движения вершины струи и границ пристеночного потока;
2. l расстояние от форсунки до вершины струи и границ пристеночного потока;
3. параметры боковых образующих пристеночного потока;
4. параметры верхней образующей пристеночного потока;
5. параметры нижней образующей пристеночного потока;
6. параметры движения свободной струи.

Кинограмма получена К.И.Коптевым, В.В.Гавриловым, В.А.Плотниковым (С.-Петербургский кораблестроительный институт). Топливо впрыскивалось в бомбу с иммитатором поршня. Распылитель 7х0.4мм. Скорость съемки 3700 кадров/с.

      При подлете струи к наклонной стенке наблюдается небольшое отклонение вершины струи от оси распыливающего отверстия в сторону тупого угла встречи со стенкой. Это обусловлено образованием перед струей уплотненного воздушного потока, который первым вступает во взаимодействие со стенкой и вызывает предварительный поворот вершины струи. Налетев на стенку, струя растекается вверх и вниз по ее поверхности.

      На графиках рис. 1. показано изменение во времени скорости U и пути l продвижения внешних границ пристеночного потока (ПП) в указанных направлениях. Анализ графиков рис. 1. указывает на то, что характеристики движения потоков вдоль стенки подобны тем, что наблюдаются при свободном развитии струи, но уровень скоростей ниже и зависит от направления потока. Это связано, во-первых, с тем, что наблюдается не распространение конусной струи, а изменение границы растекающегося овального пятна, во-вторых, близость стенки увеличивает гидродинамическое сопротивление ПП. Аналогичные результаты получены и в других исследованиях.

      Направленный вверх по стенке поток быстро попадает в узкий надпоршневой зазор, и в стесненных условиях растекается как по гребню поршня, так и по крышке цилиндра. Продвижение топлива вдоль стенки замедляется по сравнению со свободным развитием струи из-за трения потока о стенку, рассеивания кинетической энергии струи с отраженными от стенки каплями и др. Кроме того, на движение пристеночного потока оказывает влияние воздушный вихрь в КС. Пристеночный поток неоднороден по структуре, плотности, температуре, что затрудняет расчет испарения топлива. Поэтому целесообразно в пристеночном потоке, как и в свободной струе, выделить три характерные зоны с осредненными показателями тепло- и массообмена (рис. 2).

Рис. 2. Характерные зоны топливной струи в камере сгорания дизеля.

      Первая зона - конусообразное осевое ядро на стенке (7), сформировавшееся при укладке на стенку фронта струи. В дальнейшем состав этого ядра непрерывно обновляется за счет новых масс топлива, подлетающих к стенке. Вторая зона - пристеночный слой топлива, растекающегося за пределы начального пятна (5). Третья зона - разреженная оболочка над пристеночным слоем (4), куда переходит часть топлива заторможенного в переднем фронте(6) пристеночного потока. При растекании топлива по стенке, распространяющийся во все стороны пристеночный поток, который еще и деформируется вихрем, может пересечь какую-либо характерную границу, разделяющую зоны с различными условиями испарения и горения топлива, например, переход от боковой наклонной к торцовой горизонтальной поверхности гребня поршня, или дальнейшее перетекание пристеночного потока на поверхность зеркала цилиндра и др. Возможно также смыкание пристеночных потоков соседних струй. Во всех этих случаях масса топлива, перешедшего границу, находится из решения задачи пересечения характерных зон.

Вернуться в раздел "РК-модель".