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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

喷孔直径对PFI氢内燃机燃烧和排放特性的影响

通过对一台双孔对置式PFI氢内燃机进行三维数值模拟,对比分析了不同喷孔直径下氢内燃机混合气形成质量及缸内燃烧和排放特性。结果表明:随着喷孔直径的增加,缸内混合气均匀性系数逐渐降低,而缸内最大压力、最高温度、瞬时放热率、累积放热量和NOx排放均呈先增大后减小趋势。     

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。     

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.     

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。     

柴油机孔式喷油嘴内流体流动数值模拟

利用任意拉格朗日 欧拉(ALE)方法,通过直接对N S方程进行数值求解,对柴油机直圆形、圆缺形、缩扩形等几种孔式喷油嘴内流体流动过程及质量流量和喷嘴特性参数进行数值计算,计算结果有助于柴油机喷油嘴的设计。     

柴油机掺氢文丘里管的结构设计及优化

为了将由水解装置产生的氢气由进气总管处引入柴油机,设计了一套文丘里管装置,将压力较低的氢气（0．15 M Pa）自发地引入压力较高的进气总管（0．25 M Pa）内。为了优化该文丘里管的吸氢能力,并降低文丘里管装置对发动机进气的影响,同时确保文丘里管结构尺寸较小便于安装,采用CFD软件 FIRETM模拟了发动机实际工况下的文丘里管内气体流动情况,分析了分流流量、喉口管径、导流段管径、收缩角、扩压角、收缩圆角半径、扩压圆角半径等7个参数对氢气吸入能力的影响特征。结果表明：参数优化后文丘里管能够产生足够的低压,使水解的氢气顺利地吸入进气总管,同时不对发动机进气产生较大的流阻影响。     

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。