空化对GDI喷嘴内部流动及喷雾特性的影响

采用两相流非线性空化模型和Huh-Gosman喷雾模型对GDI多孔喷油器喷嘴内部流动和喷雾特性进行模拟。通过流量及喷雾试验对计算模型进行了验证,研究了喷嘴内空化现象对流动及喷雾特性的影响,并从抑制空化、提升流量的角度研究了喷嘴内部流动空化的影响因素及规律。研究结果显示:高压汽油在喷嘴内的流动存在明显的空化现象,空化导致的有效流通面积减小是喷嘴流量减小的原因。针阀升程增加,喷嘴流量先增加较快,后趋于平缓。喷孔的不均匀分布导致各喷孔内的空化状况不同,进而产生流量差异。空化作用也使得喷雾射流在喷孔出口截面的流动参数产生差异,影响喷雾的落点分布和喷雾形态。通过优化喷孔k系数和喷孔入口圆角半径可显著提高喷孔流量。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

柴油机喷油嘴内喷射压力对燃油流动的影响

喷油嘴是柴油机最重要的工作部件之一,其性能直接影响柴油机的燃烧过程,故研究喷嘴内柴油的喷射特性以及燃油的喷雾特性是非常有必要的。但是喷油嘴内部空间非常狭小,却有很高的燃油流动速度和喷射压力,要对其进行试验有非常大的难度。文章通过Gambit软件进行喷油嘴几何建模,然后进行合理的网格划分,最后将几何模型导入Fluent软件。通过改变喷射压力,来模拟喷孔内的燃油流动速度、压力分布情况,对其进行分析研究。结果表明:提高喷射压力,使喷孔内部燃油的流速增大。     

真实喷嘴结构对燃油喷雾和内流特性影响的试验研究进展

主要回顾了柴油机真实喷嘴几何结构尺寸对燃油的喷雾特性和内流特性影响的试验研究结果,着重阐述了喷孔直径、喷孔锥度、喷孔长径比、入口圆角和压力室容积对燃油喷雾和内流动态特性的影响规律。结构参数对喷雾特性的一般规律可以得到,但是研究结果存在不确定性。所以将来此方面的研究必须将单一几何结构参数对喷雾的影响规律与其他结构参数的影响有效分离,才能准确揭示结构参数的影响规律;结构参数引入的空穴现象与结构参数本身的影响规律耦合在一起,必须在确定空穴指标的前提下研究结构参数的影响规律;商用喷嘴结构与设计尺寸之间存在不可避免的缺陷,必须采用高精度加工的喷嘴来研究结构参数对喷雾特性的影响规律。     

喷孔几何特征尺寸对柴油喷雾及柴油机性能影响的研究进展

概述了国内外关于喷孔几何特征尺寸对柴油喷雾雾束及柴油机性能影响的研究现状,着重阐述了喷嘴类型对喷雾贯穿距离的影响,以及喷孔锥度、入口圆弧、喷孔直径、孔壁粗糙度等特征尺寸对柴油喷雾锥角、空穴的产生、出口流速及柴油机缸内的燃烧特性、燃油经济性、排放特性等的影响,介绍了制模法、力传感器测量法、X射线相衬成像技术这三种新颖、可行的测量喷孔几何特征尺寸的方法。     

喷嘴内燃油空化及影响因素的实验研究

柴油机燃油喷射雾化过程除受湍流和环境气体的空气动力学效应影响外,还与喷孔内空化有关,因此对喷孔内燃油空化和影响因素的研究有重要的意义。本文中设计了透明喷孔代替原柴油机喷油器的喷孔,采用高速数码相机和高放大倍数、高分辩率的长距离显微成像技术和纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,获得了较高分辩率和清晰度的实验图像。对柴油机喷孔内燃油空化产生、发展和分布状态进行显微观测,直观展现喷孔内燃油空化及影响规律,获得了燃油空化过程的直观认识。结果表明,柴油机喷孔内空化流动情况比较复杂,影响因素较多,其中喷孔几何结构对喷嘴内空化过程影响最显著,喷孔内空化首先出现在压力室针阀附近,随后空化区域向喷孔出口处扩散、延伸,对于渐缩喷孔,空化形成受到抑制,而渐扩喷孔则有利于空化形成;减小喷孔直径,不利于空化形成。环境压力对空化起到抑制的作用,环境压力增大,也不利于空化形成。此外还对喷孔内空化强度进行量化描述,通过空化强度对实验获得的图像进行量化分析。     

喷嘴内部结构特征对内流特性影响的模拟研究

基于同步辐射X射线CT技术,获得2支柴油机喷嘴的精准三维结构模型,并测得喷孔内部的结构尺寸,利用CFD软件分析喷嘴内部结构参数以及不同的射流参数对喷嘴内流特性的影响。结果表明:入口圆角半径是影响空穴分布的重要结构参数,圆角半径过大,会造成燃油速度突变减弱,从而抑制空穴现象。加工误差和喷孔位置的不同导致多孔喷嘴的不同喷孔内流特性存在差异,射流参数的不同也会对喷孔的内流特性产生明显影响。     

喷孔流量系数精确测量方法研究

提出了一种新的动态精确测量喷孔流量系数的方法,消除了针阀开启与关闭过程对流量系数计算的影响,通过试验与计算手段得到了喷孔在不同喷射条件下的流量系数,并分析了不同喷射条件的影响及原因。利用单次喷射仪测量了在不同喷油压力和不同喷油持续期条件下的柴油喷油量,绘制了等喷油量曲线,可为后续研究提供参考。     

全空穴模型中柴油非冷凝气质量分数的选取

针对广泛用于柴油喷孔内双相流计算的全空穴模型,提出了一个柴油非冷凝气质量分数与喷射压力和背压压差之间的幂函数关系式,幂函数的指数大小由与空穴刚刚产生和空穴已发展到柴油喷孔出口这两种状态相对应的非冷凝气质量分数确定。使用这个幂函数关系式计算了不同喷射压力下柴油的非冷凝气质量分数,然后使用全空穴模型和mixture多相流模型,计算了不同喷射压力下的柴油喷孔内双相流,并与试验数据进行了比较,结果表明,计算的柴油喷孔流量和喷孔内空穴场与试验结果基本吻合。     

喷孔形状对喷嘴内流及喷雾特性的影响研究

主要研究了不同喷射压力下喷孔形状对内流及喷雾特性的影响。在可视化试验中,采用了3 种喷孔出口直径一致但喷孔形状不同的比例放大透明喷嘴,分析比较了不同形状喷孔内的空化及喷雾特性。研究发现,在圆柱形和渐扩形喷孔中都有空化发生,而渐缩孔中却没有。在同样的喷射条件下,渐缩孔的流量系数却是最高。研究结果表明空化在孔内溃灭时,会增加流动湍流度,但对喷雾锥角影响较小,当空化发展到喷孔出口并溃灭时,会使得喷雾锥角显著增加。试验中还观察了水力柱塞流现象,推测其产生的原因是边界层分离后回流区的再附着点达到了喷孔出口。结合数值模拟方法,验证了试验结果的分析。     

Experimental investigation of nozzle cavitating flow characteristics for diesel and biodiesel fuels

This study was performed to clarify criteria for cavitation inception and the relationship between flow conditions and cavitation flow patterns of diesel and biodiesel fuels. The goal was to analyze the effects of injection conditions and fuel properties on cavitating flow and disintegration phenomena of flow after fuel injection. To accomplish this goal, it was utilized a test nozzle with a cylindrical cross-sectional orifice and a flow visualization system composed of a fuel supply system and an image acquisition system. In order to analyze the rate of flow and injection pressure of the fuel, a flow rate meter and pressure gauge were installed at the entrance of the nozzle. A long distance microscope device equipped with a digital camera and a high resolution ICCD camera were used to acquire flow images of diesel and biodiesel, respectively. The effects of nozzle geometry on the cavitating flow were also investigated. Lastly, a detailed comparison of the nozzle cavitation characteristics of both fuel types was conducted under a variety of fuel injection parameters. The results of this analysis revealed that nozzle cavitation flow could be divided into four regimes: turbulent flow, beginning of cavitation, growth of cavitation, and hydraulic flip. The velocity coefficient of diesel fuel was greatly altered following an increase in flow rate, although for biodiesel, the variation of the velocity coefficient relative to the rate of flow was mostly constant. The cavitation number decreased gradually with an increase in the Reynolds number and Weber number, and the discharge coefficient was nearly equal to one, regardless of cavitation number. Lastly, it could not observe cavitation growth in the tapered nozzle despite an increase in fuel injection pressure.     

柴油机非对称喷油嘴内部空化流动特性的数值研究

柴油机喷油嘴内部喷嘴流量和空化现象直接影响到燃油的喷射和雾化,进而影响柴油机的性能和排放。以两种非对称柴油机喷油嘴——小压力室喷油嘴(mini-sac)和无压力室喷油嘴(VCO)为例,通过Fluent软件对其进行空化和流量数值仿真,研究入口压力和背压参数对质量流量变化的影响。研究结果表明:在相同进出口压力下,mini-sac型喷油嘴各孔的流量均比VCO型的大;在较低和中等进口压力下VCO型喷油嘴各孔比mini-sac型更容易产生空化,而在较高的进口压力下这两种类型喷油嘴各孔产生空化难易程度基本一致;当进口压力不变时,随着出口压力的降低,在无空化产生时其质量流量与压力差呈线性关系;当空化出现时其质量流量继续增加,当出现超空化现象时该孔的质量流量不再变化;随着各孔的轴向夹角的增大,流量越小,空化越容易;对于这两种喷油嘴来说,只有mini-sac型孔3和孔4的空化出现在喷孔的上端和下端,其余孔的空化都只产生在上端。     

车用涡轮机复合喷嘴初步优化设计

提出了一种新型的涡轮喷嘴结构——复合喷嘴,针对该新型的涡轮可调喷嘴结构进行了数值模拟,对喷嘴叶片周向位置、叶片安装角和叶片数等参数进行了初步优化,并分析了气动损失偏大的流动机理。数值仿真结果表明,该喷嘴总压损失相对于单叶片VNT喷嘴略大,喷嘴段总压损失增大1.4%。     

PFI增压汽油机机油稀释试验研究

在一款1．0 L 气道喷射增压汽油机上研究了机油稀释的分布区域及其产生机理,发现机油稀释严重的区域主要集中在高速大负荷工况。通过对喷油器喷孔直径、喷油相位、VVT 动作角、空燃比、水泵流量、机油冷却器散热量、曲轴箱强制通风系统 PCV 阀补气量等相关特性参数的调整验证,发现喷油相位靠后、空燃比过浓是机油稀释严重的主要原因,水泵流量、PCV 阀补气量、VVT 动作角、机油冷却器散热量对机油稀释也有一定的影响,喷油器喷孔直径的变化对机油稀释无影响。最终在该款发动机上综合采用优化喷油相位、水泵流量、PCV 阀补气量、机油冷却器散热量的措施,最大机油稀释水平控制在5％以下。     

SCR系统尿素喷雾特性影响因素的CFD仿真分析

利用AVL Fire三维商用仿真软件对SCR系统尿素喷雾特性的影响因素进行了模拟计算,考察的因素包括工况、尿素喷射压力、尿素水溶液的温度及喷嘴的安装角度。结果表明:喷雾形态受来流影响较大,喷雾的速度及贯穿距离随排气流量增加,排气流量越小,排气温度(SCR喷嘴处排气温度)越高,越利于喷雾液滴的蒸发和热解;喷射压力对液滴的喷雾形态影响不大,但对NH3的浓度场分布影响较大,喷射压力越高,NH3的生成效率越低;尿素溶液温度对喷雾形态及NH3的转化影响不大;喷嘴安装角增大利于喷雾液滴蒸发和热解。     

电控单体泵系统喷射特性仿真研究

对电控单体泵的喷射特性进行了建模仿真。研究了燃油系统结构参数对喷射压力和喷油速率的影响以及转速对喷射延迟的影响。结果表明:喷射延迟时间随着转速的增加而增加;喷射压力与柱塞—喷孔直径比成正比,而喷油速率与柱塞—喷孔直径比成反比,柱塞—喷孔的直径比决定了燃油喷射系统可能达到的最大喷油压力和最大喷油速率;最大喷射压力和最大喷射速率都随着长度比的升高而降低,最大喷射压力受长度比的影响比最大喷射速率更加敏感。     

增压器无叶喷嘴宽度对其出口流场影响的研究

用心形线表征了一种增压器无叶蜗壳梨形流道横截面轮廓 ,用有限差分法对增压器蜗壳内无叶喷嘴出口流场进行了数值模拟计算 ,研究了喷嘴宽度 (B)对其出口流场的影响。结果表明 ,喷嘴出口速度及气流角 (α)分布不均匀 ,随着 B沿蜗壳轴向减小 ,α逐渐减小且其分布趋于较均匀 ,而喷嘴出口速度逐渐增加但其分布趋于恶化 ;B减小到一定程度后 ,喷嘴出口流场变化不大。B沿蜗壳周向线形减小时 ,可改善α分布 ,但速度改善不明显