相比傳統(tǒng)燃油直噴噴霧的霧化和蒸發(fā)混合要求，氫氣直噴氣束沒有霧化和蒸發(fā)的要求，但其仍需在噴射后與空氣進行充分混合。基于氫氣的低密度特性，其氣束分布和貫穿距在氫氣噴嘴的噴孔設(shè)計中尤為關(guān)鍵。故需要對氫氣直噴噴嘴的噴孔設(shè)計和噴射后的氣束進行仿真和測試研究。考慮安全性，使用性質(zhì)更穩(wěn)定的氦氣替代氫氣，采用高速紋影法和背景導(dǎo)向紋影法，分別對氣體噴射氣束的形態(tài)進行定性顯示和定量測量，研究分析氣體噴射貫穿距的特性，并將測試結(jié)果用于仿真模型的標(biāo)定。搭建氫氣噴射的仿真模型，研究不同噴孔的設(shè)計的氫氣氣束噴射形態(tài)和與空氣的混合特性。

本項目希望結(jié)合高速紋影法與背景導(dǎo)向紋影法研究氫氣直噴噴嘴的氣束特性，基于測量得到的射流氣束特性標(biāo)定仿真模型，分析噴嘴結(jié)構(gòu)對氫氣射流氣束特性的影響。受到疫情封校影響，本研究原定實驗計劃無法按期執(zhí)行，故對項目內(nèi)容進行調(diào)整，將采用高速紋影法研究燃料噴霧的宏觀結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)特性，基于初步的氫氣噴嘴實驗數(shù)據(jù)優(yōu)化背景導(dǎo)向紋影法用于記錄氣體密度場測試效果，并采用Fluent軟件和Converge軟件分別對容彈內(nèi)和氣缸內(nèi)的氫氣噴嘴射流進行仿真模擬，對4種噴嘴進行噴射仿真分析，研究不同仿真因素和不同噴孔設(shè)計的氣體噴射流量和氣束特性。

在高速紋影實驗方面，本項目圍繞改進的“Z”型反射式紋影光路成像系統(tǒng)構(gòu)建實驗測試平臺，研究燃料噴射溫度與噴射環(huán)境溫度兩個重要的噴射條件參數(shù)以及燃料類型對噴霧氣液兩相宏觀結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)特性的影響。

在背景導(dǎo)向紋影實驗方面，本項目利用仿真數(shù)據(jù)集探究背景導(dǎo)向紋影系統(tǒng)中互相關(guān)算法和背景模式對系統(tǒng)準(zhǔn)確性的影響，獲得最佳的背景模式和算法參數(shù)，搭建射流試驗臺，建立氦氣噴射氣束的定量密度場。

在仿真分析部分，利用Fluent 軟件和Converge軟件進行數(shù)值模擬，通過對噴嘴設(shè)計并進行純氣體的多相流仿真，研究環(huán)境溫度、測試氣體溫度、噴射壓力、噴射脈寬、噴孔直徑和噴射段長度均對射流形態(tài)的影響。