柴油機(jī)噴油器噴孔內(nèi)空穴流動的可視化試驗研究與數(shù)值模擬分析.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)對保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的日益重視，對能耗低、排放少的柴油機(jī)的要求也日益迫切。在柴油機(jī)中，燃油的噴射、霧化性能對于發(fā)動機(jī)的燃燒和排放具有關(guān)鍵作用。鑒于此，國內(nèi)外學(xué)者對該領(lǐng)域的研究十分關(guān)注，并對燃油噴射霧化機(jī)理進(jìn)行了深入研究。經(jīng)過學(xué)者們長期不懈地努力，人們逐漸認(rèn)識到液體噴霧霧化是多種因素綜合作用的結(jié)果，空氣動力、噴孔內(nèi)的空穴現(xiàn)象和湍流擾動是三個基本原因。目前只有在空氣動力不穩(wěn)定性的研究上比較成熟，因此進(jìn)一步研究噴孔內(nèi)部空穴流動現(xiàn)

2、象是非常必要的。
　　 本文全面系統(tǒng)地分析了燃油噴射系統(tǒng)數(shù)值模擬的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢，建立了噴孔內(nèi)部空穴流動的數(shù)學(xué)模型，對噴油嘴噴孔內(nèi)空穴流動進(jìn)行了變參數(shù)與變介質(zhì)數(shù)值模擬分析，闡明了噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與不同介質(zhì)對流動所產(chǎn)生的影響。分析了二維噴孔的進(jìn)出口壓力差、不同長徑比對其空化現(xiàn)象的影響;模擬分析了孔內(nèi)不同流動狀態(tài)對應(yīng)的噴霧流場，分析了空穴現(xiàn)象對噴霧的影響規(guī)律;應(yīng)用三維CFD軟件對純大豆生物柴油與常規(guī)柴油在噴油嘴噴孔內(nèi)部的流動進(jìn)行

3、了數(shù)值仿真，計算結(jié)果表明:相比常規(guī)柴油而言，相同壓力條件下，由于生物柴油密度較大，導(dǎo)致質(zhì)量流量比常規(guī)柴油高;并且由于其較大的黏度使臨界空穴條件更嚴(yán)格，因此相同壓力條件下空穴強(qiáng)度低于常規(guī)柴油;同時生物柴油的噴孔出口動量與有效噴射速度也較小，而兩者的流量系數(shù)與面積系數(shù)分別相差不大。
　　 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對計算結(jié)果進(jìn)行試驗驗證，提出運用X射線成像技術(shù)可視化研究比例放大噴孔的內(nèi)部流動，利用上海光源相關(guān)光學(xué)設(shè)備設(shè)計并搭建了比例放大透

4、明噴嘴內(nèi)空穴流動可視化試驗臺，開展了試驗研究噴孔內(nèi)部的空穴流動，也為后期可以在真實接近噴油嘴的外部邊界條件，不改變噴油嘴結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行中子成像可視化分析研究打好基礎(chǔ)，將能得到真實工作條件時的噴油嘴噴孔內(nèi)空穴流動圖像，因此對于深入研究噴孔內(nèi)空穴流動機(jī)理將有望取得很大的突破。
　　 通過可視化試驗結(jié)果得到孔內(nèi)流動可劃分為三種時期，分別為無空穴期、空穴發(fā)展期與挑流期;并且通過孔外拍攝圖像得到空穴流能夠增大孔外的噴霧錐角。當(dāng)進(jìn)口壓力小

5、于0.22MPa、空穴數(shù)大于1.82時，噴孔內(nèi)只有湍流運動，無空穴出現(xiàn);而當(dāng)進(jìn)口壓力介于0.22MPa至0.4MPa、空穴數(shù)介于1.33至1.82之間時，空穴產(chǎn)生并且逐漸向噴孔出口處延伸;當(dāng)進(jìn)口壓力高于0.4MPa、空穴數(shù)低于1.33時，孔內(nèi)流動狀態(tài)進(jìn)入挑流期;因此當(dāng)噴壓增大時，孔內(nèi)流動狀態(tài)由無空穴流進(jìn)入到空穴流，并且噴霧錐角逐漸增大，達(dá)到超空穴時的噴霧錐角最大;隨著噴壓進(jìn)一步增大，由于進(jìn)入到挑流，噴霧錐角會減小。
　　 本文的

6、特色在于:
　　 1.設(shè)計了一種新型可視化二維噴孔對噴油嘴噴孔內(nèi)部空穴流動狀態(tài)進(jìn)行研究;
　　 2.使用軟件Fluent對噴油嘴噴孔內(nèi)部燃油的空穴流動及孔外噴霧進(jìn)行了數(shù)值分析，包括對計算模型的網(wǎng)格獨立性驗證以及對進(jìn)出口壓力邊界條件的確定。
　　 3.搭建噴油嘴噴孔內(nèi)部及孔外近場噴霧高速攝影可視化試驗裝置，利用X射線相稱成像技術(shù)，針對比例放大噴油嘴在不同進(jìn)口壓力、不同長徑比時的內(nèi)部流動狀態(tài)以及孔外噴霧形態(tài)進(jìn)行分析研