层析粒子成像技术对发动机三维流场的研究



层析粒子成像技术对发动机三维流场的研究

点燃式发动机缸内瞬态三维流场的模拟研究对进一步了解发动机缸内湍流运动情况和燃烧情况具有重要的作用，同时也能为缸内燃烧模拟过程中的大涡模拟模型研究提供重要数据参考。用层析粒子成像测速技术对直喷火花塞点燃式光学发动机进行相关研究，对进气和压缩冲程的瞬态体积流场进行测量。测量中用双脉冲镭激光进行照明，同时有4台高清摄像机对缸内情况进行捕捉。通过改变摄像机之间的不同角度可以对发动机缸内不同位置的三维流场情况进行实时全方位捕捉，这样可以观察到47×35×4mm3空间的缸内情况，图1为本研究的试验设置框架图。

图1　层析粒子成像光学发动机试验设置框架图

试验结果表明，摄像机之间的角度以及曲面玻璃位置改变时，会导致摄像机所拍图像发生畸变，这也说明了缸内粒子重构的能力与缸内体积成交互关系，用层析粒子成像测速技术可以对缸内三维流场进行更深层次的研究。另外，三维速度场数据的不稳定因素可以由进气过程的质量守恒来平衡。研究中还发现，在同一数量级前提下，通过层析粒子成像技术对光学发动机缸内三维流场进行测量，精度可以控制在9%以内。通过对缸内体积速度数据、三维流场数据进行分析，可以清楚地了解到缸内光学区域的速度变化情况，缸内速度会随着各冲程的变化而有很大的变化。为了进一步阐述缸内三维速度场的变化情况，还计算了湍动能场的分布情况，结果表明在进气冲程的进气口处，三维湍动能分布与二维湍动能分布有很大不同。

网址：http://www.elsevier.com/locate/proci

作者：E. Baum et al

编译：韩晓梅