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。     

高压喷射GDI喷孔几何结构对喷孔内流及喷雾特性的影响

采用大涡湍流模拟结合多相流耦合喷雾的方法对GDI喷孔内流和喷雾特性进行了数值研究,着重分析了喷射压力及喷孔结构形状对喷孔出流特性和液滴粒径的影响。结果表明:提高喷射压力有利于增加喷孔出口流速及湍动能,增强燃油破碎;当喷射压力提高到30 MPa之后,进一步提高喷射压力时索特平均直径(SMD)变化不明显,但小粒径占比显著增加;对于变截面喷孔,变截面双曲线喷孔出口处速度和湍动能最大,其SMD最小,小粒径占比最多,有利于喷雾质量提高;与渐缩形喷孔相比,渐扩形喷孔出口处湍动能较大,有利于喷雾初次破碎,然而较多的空泡堵塞喷孔,喷孔出口处流速较低,不利于燃油二次破碎。     

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。     

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。     

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。     

喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台135柴油机的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过缸内流场分析和浓度分析,研究了喷孔数、喷孔锥角对燃烧过程的影响及对NOx和炭烟生成的影响。结果表明,喷孔数和喷孔锥角影响燃油的喷雾质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成;CFD模拟计算对优化喷油器参数,从而改进燃烧系统具有指导意义。     

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。     

喷油咀热能去毛刺工艺实践

<正> 钻削柴油机喷油咀的喷孔,在喷孔内口产生毛刺及尖角,目前国内务生产厂家是用手工去除毛刺,但尖角依然存在。在燃油喷射时,喷孔内口尖角将加剧燃油在喷口内的扰动,使喷射流动能损失增加,燃料喷注速度下降,焰状体中心锥角增大,油线贯穿深度浅。喷孔内口毛刺将造成喷油局部节流,使一小股油流高速冲出喷孔,形成畸形尖端油束,产生喷射角度偏差。又由于毛刺的节流作用,增加喷孔内口处的旋涡损失,加剧喷注扰动,喷注速度下     

针阀关闭时刻柴油机不同喷孔内流场的计算

基于开源软件OpenFOAM定义两种连续的网格运动使针阀完全关闭,分三步数值模拟针阀关闭时刻喷孔内的瞬态流场,模拟结果与S ．Jollet试验结果基本吻合。在此基础上研究喷孔结构参数对孔内流场的影响,计算结果表明,随着孔径的增大,喷孔内残余燃油内部有气泡形成;喷孔长度越短,喷孔内残余燃油内部的空气体积越大,形成的气泡越靠近压力室;K系数的减小有利于喷孔内气泡的产生。     

柴油车喷油器常见故障原因分析

喷油器开启压力过高此故障将使喷出的油束贯穿距离增加，不利于混合气的形成和燃烧，影响功率的提高，同时还会增加燃油消耗及喷油泵的负荷，影响使用寿命。其原因有喷油器压力调整不当、针阀粘滞、喷孔堵塞等。对于该故障，应首先清洗喷油器疏通喷孔，清除针阀上的粘结活物，尔后对开启压力进行调整。     

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。     

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.     

双层分区燃烧系统对高强化柴油机性能的影响

柴油机的燃烧系统是混合气形成质量的关键。为改善某高强化柴油机的燃烧和排放性能,在保证原机压缩比不变的条件下,设计了一种双层双弧脊分区燃烧系统——双层燃烧室匹配双排喷孔,并基于计算流体力学软件Converge进行数值模拟,研究不同上下排喷孔油束夹角对缸内燃烧和排放的影响。研究结果表明:新设计的燃烧系统的燃烧和排放性能均优于原机,上下排喷孔油束夹角会影响燃油在上下层弧脊处的分配,较大的上排喷孔油束夹角有利于对燃烧室顶隙空间的利用和上层弧脊下侧混合气的形成,较小的下排喷孔油束夹角有利于燃烧室底部凹坑附近空气利用率的提高和混合气分布范围的增加。因此,需要对上下排喷孔油束夹角进行合理的选择和匹配,使得发动机的整体燃烧和排放性能达到最优。     

改善火花助然甲醇发动机小负荷经济性的研究

小负荷时经济性差，是火花助燃甲醇发动机存在的主要问题。以1130立式水冷直喷柴油单缸机为对象，研究了点火系统、压缩比、喷油嘴油线分布和喷油嘴针阀开启压力等因素对火花助燃甲醇发动机小负荷时经济性的影响，并将之与柴油发动机进行了对比分析。     

喷孔数调控活性分层对乙醇-柴油双燃料燃烧的影响

基于1台自然吸气的单缸柴油机,结合缸内三维燃烧仿真计算,研究了不同直喷正时、不同预混比例条件下,直喷喷油器的喷孔数对乙醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,优化直喷喷油器的喷孔数,能影响直喷柴油的缸内分布,调控乙醇-柴油双燃料发动机燃烧过程。减少喷孔数,可以有效降低缸内高活性柴油的分布区域,减少初始着火的位置,从而降低缸内最高燃烧压力和压力升高率,并且可以在炭烟排放保持较低水平的基础上,降低氮氧化物(NO_x)排放。随着乙醇预混比例的增大,喷孔数对燃烧和排放的影响先增大后减小。随着喷油提前角的增大,由于直喷燃油在缸内混合较为均匀,喷孔数的影响作用逐渐减小。     

燃油系统参数对分层燃烧甲醇发动机性能的影响

针对1130单缸柴油机研究了喷油嘴油线分布、喷油嘴孔数和喷油嘴针阀开启压力对分层燃烧甲醇发动机性能的影响。试验结果表明，燃油系统参数对分层燃烧甲醇发动机的性能有比较明显的影响。     

可变喷嘴涡轮增压器与发动机的匹配分析

通过可变喷嘴涡轮增压器与发动机的匹配试验测得增压压力和排气压力值,结合发动机的结构参数,计算了发动机的流通特性,建立了可变喷嘴增压器与发动机的联合工作曲线。对联合工作曲线的分析表明设计的可变喷嘴涡轮增压器与发动机匹配良好,不会出现喘振和阻塞。     

高压共轨柴油机燃烧与排放模型的研究

利用高速闪光摄影技术,对高压喷射喷雾体空间发展规律进行了试验分析,提出了一个计算高压喷射喷雾体发展的数学公式;在正确描述高压燃油喷雾的基础上,建立了一个能预测高压共轨柴油机性能和排放的准维燃烧模型,此模型改进了燃油喷射模型及碳烟的生成与氧化模型,考虑到燃烧区的区间传热和缸内工质的对流辐射传热,对一台高压共轨柴油机进行了仿真计算。计算与试验结果对比分析表明,改进后的燃烧与排放模型能较好地反映缸内各区的燃烧与排放情况。     

柴油机电控蓄压式喷油系统的仿真计算研究

根据柴油机电控蓄压式喷油系统的工作特点,截取共轨油道到喷嘴端作为研究对象,采用模块化的方法建立了喷油系统的仿真计算模型。然后采用模块化的程序设计方法并运用PASCAL语言编写了仿真计算程序,并对其计算模型进行了数学表达。经验证,仿真计算结果与实际测试结果基本相符。