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。     

柴油机喷嘴空穴流动特性分析

利用混合多相流空穴模型进行了喷嘴内气液两相流动的数值模拟。分析了喷油压力、背压、喷嘴几何特征参数对喷孔内空穴流动、空穴区域分布的影响,以及各种参数对流量系数和燃油出口平均速度的影响。研究结果表明,无量纲空穴数直接影响喷孔内的空穴分布,而流量系数和燃油出口平均速度等流动特性则与喷油压力、喷孔入口圆角半径、喷孔倾角、针阀升程等几何特征参数有很大关系。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

柴油机伞喷喷嘴内部流动的数值模拟

对柴油机伞喷喷雾及喷嘴内部流动的研究现状进行了分析,利用三维计算流体动力学(CFD)程序对喷嘴内气穴多相流计算模型进行了验证,在此基础上对柴油机伞喷喷嘴内部的流动特性进行了模拟计算分析。结果表明,在伞喷喷嘴喷孔进口处形成不对称的气穴,并逐渐延伸至出口处,从而对燃油雾化产生一定影响。     

柴油掺混二甲醚喷雾粒子尺寸分布特性试验研究

为确定二甲醚掺入柴油后对燃料雾化性能的改善效果,利用阴影成像与数字图像处理技术,对不同掺混比、喷射压力以及喷孔直径等条件下的二甲醚-柴油混合燃料喷雾粒子尺寸分布特性进行了对比试验研究.结果发现:由于柴油中二甲醚的闪急沸腾作用,随着二甲醚掺混比的增加,混合燃料粒子尺寸分布曲线整体向小颗粒方向偏移,较大粒子数目较柴油明显减少,有助于降低发动机炭烟排放;喷孔直径、喷射压力等喷射参数对混合燃料雾化粒子分布有较大影响,减小喷孔直径使燃油粒子更加细化,降低喷射压力则使混合燃料雾化效果有变差的趋势.     

多次喷射下压力波动对喷嘴内流及近场喷雾影响试验研究

为研究多频压力波动与喷嘴内流的因果关系以及对近场喷雾的影响机理，采用高速显微成像技术，开展了不同共轨压力下多次喷射过程真实尺寸锥形孔喷嘴可视化试验研究。同时通过高压传感器测量，得到喷嘴入口压力波动数据。研究结果表明：主喷过程喷雾锥角呈靴型趋势，由发展期、转化期、稳定期和衰减期组成，其整体趋势受喷射压力的影响，过程中存在空化形式的转变。预喷和后喷等小油量喷射过程中，存在针阀升程波动导致的不一致性。喷嘴处压力降与循环喷油量水平呈正相关，空化形式的转变影响了压力波动频率和传播速度。其中几何诱导空化形成时，压力呈低频波动，而线空化形成时，产生高频压力波动趋势。     

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。     

碰撞和孔径对喷嘴喷雾特性影响的试验研究

文章主要研究碰撞和孔径对喷嘴喷雾特性的影响,主要采用两种孔径下的碰撞喷嘴及一个不带碰撞的喷嘴进行研究,在搭建好的喷雾实验台上进行宏观锥角照片的采集和微观液滴尺寸等特性参数进行采集。结果表明:碰撞喷嘴比普通不带碰撞的喷嘴雾化锥角大,而粒径变化不大,可以用于需要大范围喷雾场的用途,而对于碰撞喷嘴,孔径越大,喷雾范围越大,但雾化粒子直径变大,雾化效果变差。     

振荡式喷嘴结构参数对喷雾特性的影响研究

自主设计流量收集装置及高速纹影试验获得某振荡式喷嘴的流量分布、喷雾锥角和振荡频率,并建立了其内外流动特性的数值仿真模型,通过与试验结果的对比验证了该模型的准确性。利用该模型研究了振荡式喷嘴的外流场特性及内流道侧壁张角对喷雾性能的影响,结果表明:喷嘴入口压力为0.2 MPa时,侧壁张角在25°～29°范围内,流量分布均呈现双峰形式,随着侧壁张角增大,射流振荡频率减小,低流量区流量占比增加且流量分布更不均匀;侧壁张角对流量大小和喷雾锥角没有影响。     

双层交错多孔喷嘴喷雾特性仿真与试验研究

本文中采用高速摄影和图像处理技术,研究了双层交错多孔喷嘴的喷雾特性,获取了喷雾的特性参数,对比了双层交错多孔喷嘴与传统单层喷嘴的喷雾贯穿距和喷雾锥角。结果表明,双层交错多孔喷嘴喷雾贯穿距较短、喷雾锥角较大。同时建立了与定容室内喷雾发展过程的仿真模型并进行了仿真,双层交错多孔喷嘴喷雾贯穿距的仿真结果与试验数据很接近,验证了所建模型的准确性。     

乙醇汽油喷雾特性研究及低压直喷喷嘴优化

通过闪光灯喷雾测试试验和乙醇汽油物性的测量、计算,对乙醇汽油喷雾特性进行了研究,最后使用AVL Fire软件完成低压喷嘴结构参数修改,并对不同喷嘴的雾化效果进行了对比.试验结果表明;混合燃料中乙醇比例增大导致乙醇汽油密度、黏度增大,乙醇比例与表面张力关系不大;喷雾贯穿距随着乙醇汽油密度和黏度的升高而降低,而喷雾角与表面...     

非圆喷嘴喷孔对重型柴油机燃烧和排放形成的影响

非圆喷孔被认为对降低柴油机烟度排放有潜力，这是由于燃油与空气之间暴露的表面积较大，更多的空气被吸入油束之缘故。这种想法是基于气体喷注的研究结果，与圆形喷注相比，椭圆形喷注吸入的空气显著增加。在一台2L单缸重型柴油机上对非圆喷嘴喷孔进行了试验，并与标准圆形喷嘴喷孔进行了比较。非圆喷孔的高宽比接近于2：1和4：1，其流量与传统的圆形喷孔相似。长轴与喷油器中心线的倾角采用两种不同的角度。发动机以恒定转速在高负荷和低负荷工况下进行了试验，并重复试验若干次。测量了排放、燃油耗和气缸压力，并与计算的放热率曲线一起提供。试验结果表明，非圆喷嘴喷孔有延长燃烧的倾向，且高宽比越大，则该倾向就越强烈。高宽比2：1的非圆喷孔与标准圆形喷孔相比，在排放和燃油耗方面的差异不大。在高宽比2c1的喷孔放热率曲线中可看出，延迟燃烧多半是由油束与壁面的干涉造成的。可以得出结论，如同那些采用高宽比2：1的喷孔那样，孔的形状对试验工况下柴油机燃烧的影响较小。高宽比4：1的喷孔更加延迟燃烧，被认为是油束与壁面的干涉造成的，但其排放和燃油耗的折衷曲线与那些非标准圆形喷嘴喷孔的相似。     

柴油机交叉孔喷嘴自由喷雾特性实验研究

为探究喷射压力、温度、背压和交叉角对交叉孔喷嘴喷雾性状的影响,基于可视化定容弹系统,利用阴影法,研究了单孔与不同角度交叉孔喷嘴的喷雾特性。结果表明:与单孔喷嘴相比,交叉孔喷嘴的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大,且随着交叉角的增大,差距更加明显;随着喷射压力的提高,交叉孔与单孔喷嘴的喷雾贯穿距的差别减小,交叉角较大的交叉孔喷嘴的喷雾锥角增大;低蒸发温度下,喷射压力对喷雾前期贯穿距的影响较大,随着蒸发温度升高,交叉孔与单孔喷嘴喷雾锥角差距增大,喷雾前期贯穿距差别减小;背压提高后,总的趋势是喷雾贯穿距缩短,而喷雾锥角增大;与单孔喷嘴相比,它对交叉孔喷嘴的喷雾特性影响更大。