随着柴油机升高率要求的不断提高,喷雾碰壁已成为一种不可避免的现象,使得附壁油膜和近壁面浓混合气产生,这直接导致了柴油附壁燃烧以及柴油的不完全燃烧现象,这将加重活塞燃烧室热负荷问题、发动机可靠性问题以及排放问题更加恶化。由此,本文将对柴油喷雾碰壁后喷雾碰壁形态和喷雾碰壁换热过程进行试验和数值仿真研究。本文设计并搭建了一个柴油喷雾碰壁可视化试验台,主要包括柴油高压共轨系统、加热控温装置以及瞬态温度测试系统、德维创数据采集仪、高速摄影机这四部分,并重点介绍了温度加热装置的设计、瞬态温度传感器的选取、高速摄影机的选取与参数设置。所搭建的可视化试验台可以实现不同压力(0～120MPa)、不同喷射距离(0～20cm)、不同壁面温度(常温至250℃)下柴油喷雾碰壁形态的可视化研究和柴油喷雾碰壁传热特性研究。柴油喷雾碰壁形态的可视化试验研究结果表明,喷雾碰壁距离过小或过大时喷雾碰壁形态发展不好,通过比较碰壁后喷雾发展速度,发现当喷射距离d=8cm、10cm时,能在较短时间内得到相对完好的喷雾形态;喷射压力的增大和壁面温度的升高都使得喷雾扩散半径和喷雾卷吸高度明显增大,但随着压力的不断提高,对喷雾扩散半径和喷雾卷吸高度的影响减弱;通过比较增长率,发现壁面温度对喷雾卷吸高度的影响更为显著,而喷射距离和喷射压力对喷雾扩散半径的影响更大,距离或压力的增大使得喷雾扩散半径改变明显。柴油喷雾碰壁传热特性试验结果表明,喷射距离增大使喷雾碰壁传热过程逐渐增强,但随着喷射距离的进一步增加,喷雾碰壁传热量有所减弱;喷射压力的升高和壁面温度的升高均促进了强制对流换热过程和油膜蒸发换热过程,但随着喷射压力的进一步增加,起主导作用的强制对流换热减弱;当壁面温度从120℃升高到210℃,瞬时热流密度由6.20MW/m~2升高到15.90MW/m~2,经比较发现温度对喷雾碰壁传热过程的影响远远超过喷射压力和喷射距离对喷雾碰壁传热过程的影响,并拟合了柴油喷雾碰壁传热试验的无量纲关联式,关联式中考虑了喷射压力、喷射距离、壁面温度对换热的影响。此外,利用流体力学软件Fluent对柴油喷雾碰壁过程进行三维数值仿真模型,将得到的仿真数据与试验采集数据进行比较,发现壁面温度波动曲线的变化趋势相同、壁面温度差的最值的差别在10%以内、产生壁面最大温差的时间基本相同,成功地验证了仿真模型的合理性,并对高温壁面下喷雾碰壁传热特性进行研究。