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。     

喷油控制参数对中置喷油器GDI发动机喷雾及燃烧的影响

针对匹配中置高压喷油器的直喷汽油光学发动机,试验研究了不同喷油时刻及喷油压力下的缸内燃烧及喷雾发展特性,分析了燃油喷射控制参数对直喷汽油机缸内喷雾及燃烧的影响规律。研究结果表明:随第三段喷油时刻(θ_(SOI3))提前,燃烧持续期与滞燃期均先减小后增大,燃烧特征参数均在θ_(SOI3)=120°BTDC时存在明显拐点,此时平均指示压力(p_(mi))的循环变动系数C_(OVpmi)相对较小;第三段喷油时刻过晚,活塞上行距上止点较近,易导致油束冲击活塞表面;提高喷油压力可缩短燃烧持续期,有助于改善燃烧定容度,但喷油压力过大,油束贯穿距进一步延长,油束冲击缸壁的倾向增加,滞燃期及燃烧持续期反而延长。     

燃油喷射压力对缸内直喷汽油机喷雾特性的影响

燃油喷射压力对混合气形成有直接影响,提高喷射压力可进一步降低直喷汽油机微粒排放。使用STAR-CD软件分别建立定容弹和发动机缸内喷雾计算模型,利用喷雾特性可视化试验进行喷雾模型有效性验证,其后分析了燃油喷射压力对喷雾贯穿距、索特平均直径等基本特性参数的影响,研究了燃油喷射压力对缸内混合气形成的影响。结果表明提高燃油喷射压力可有效促进燃油的雾化蒸发,加快混合气形成,提高混合气分布均匀性。     

背景气密度对GDI喷雾特性的影响

在一定容燃烧弹中,采用3种不同的背景气体(He、N₂、CO₂),通过高速摄影技术,研究了非闪沸条件下背景气密度和燃油温度对某5孔GDI喷油器喷雾特性的影响。结果表明:背景气密度是影响喷雾坍塌的关键因素。随着背景气密度的增加,坍塌程度呈现先增强后稳定的趋势,转折点位于4 kg·m^-3左右。当背景气密度低于4 kg·m^-3时,增大背景气密度,单个油束宽度的增加使得喷雾各个油束之间的间隙减小,阻碍外部气体进入内部平衡低压区,喷雾内外压差增大,导致坍塌程度增强;当背景气密度高于4 kg·m^-3时,喷雾各油束之间的间隙消失,喷雾内外的气体交换被阻断,喷雾内外压差趋于稳定,导致坍塌程度趋于稳定。燃油温度的改变对喷雾宽度的影响较小。     

高压喷雾仿真中网格精度对喷雾特性的影响

介绍了高喷射压力时不同网格划分的精度对仿真结果中喷雾形态的发展及喷雾贯穿距离以及索特平均直径(SMD)的影响。结果证明,高压喷射情况下,喷油嘴附近的单元尺寸为喷孔直径的5倍~6倍时与试验结果一致,而SMD对网格精度不敏感。     

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。     

非同步排气门正时对GDI汽油机缸内流场和工作性能的影响

利用三维CFD软件建立了某1.5T缸内直喷汽油机的模型,分析比较了在2 000 r/min全负荷时非同步排气门正时策略下缸内流场、燃油雾化和燃烧过程变化的规律。结果表明:采用非同步排气门正时,缸内流场与原机有明显不同。湍流动能呈现三峰变化,缸内的平均湍流动能均大于原机(排气门1提前20°开启时变化最大);相比原机,缸内气体的平均流速有所增加,提高了燃油蒸发速率,上止点时缸内混合气更加均匀,但也会使得缸内的残余废气质量增大。排气门1提前20°开启时,缸内的燃烧速度比原机略快,缸内最高燃烧压力增加了0.3 MPa,但温度比原机略低,因此氮氧化物的排放低于原机,CO与原机持平。排气门1延迟20°开启效果不明显。综合考虑,排气门1提前20°开启能提升原机的动力性和排放性能。     

基于燃料特性影响的喷雾特性研究

为了研究燃料特性对喷雾特性的影响,试验配置了四种掺混不同含氧燃料的柴油,在环境背压为5 MPa,喷射压力分别为90 MPa、120 MPa和150 MPa的条件下,通过喷雾可视化装置对四种试验燃料的宏观和微观喷雾特性进行了研究。结果表明,在一定的喷射压力条件下,喷雾贯穿距离（STP）随着运动粘度、密度和汽化潜热的降低而减小,平均喷雾锥角（ASA）随着运动粘度和汽化潜热的降低而略有增大。喷雾贯穿距离和喷雾面积均随着喷射压力的升高而升高,喷雾锥角随着喷射压力的升高而略有下降,索特平均直径（SMD）也随着喷射压力的升高而下降。综合评价来看柴油掺混20%的2,5-二甲基呋喃（2,5-DMF）且在150 MPa喷射压力下的喷雾特性表现最好。     

高压旋流喷雾特性的三维数值模拟

基于高压旋流喷嘴内部流动对喷雾过程进行数值模拟,并定性研究了喷油压力和环境压力对喷雾特性的影响。研究结果表明：在高的喷油压力下,喷雾贯穿距离增大,液滴索特平均直径减小,但喷雾锥角基本不受影响;在高的环境压力下,喷雾呈现出实心圆锥状,喷雾锥角和贯穿距离都减小,液滴索特平均直径增大。     

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。     

不同喷射工况下的GDI喷雾模拟标定研究

准确模拟喷雾是提高缸内模拟准确性的关键,为了使模拟喷雾与试验喷雾更加一致,需要根据试验喷雾贯穿距及粒径对模拟喷雾进行标定。使用AVL FIRE软件建立定容弹及喷雾数值模型,对处于不同喷射工况(喷射压力、环境压力、油温)下的喷雾进行数值模拟,根据试验喷雾的贯穿距及喷嘴下方30 mm平面处SMD对模拟喷雾进行标定,并对不同喷射工况的标定参数选择进行探讨。结果表明:为了同时满足贯穿距和粒径的标定要求,需要根据工况参数对标定参数进行调整;对于本研究中的GDI喷油器,喷射压力10 MPa时使用KH-RT模型的模拟结果与试验值匹配较好,5 MPa时使用Huh-Gosman模型匹配更好;在喷射压力、环境压力和环境温度相同的条件下,高油温和低油温工况可以用同一套参数满足标定要求。     

高压缸内直喷发动机燃油喷射系统综述

介绍高压缸内直喷发动机燃油喷射系统的结构和原理。结合技术要求和技术发展趋势,总结对用户的经济效益和意义。     

高压喷油的喷雾特性和燃烧改进

本文介绍了一种高压喷油装置,并研究了在高喷油压力下的燃油喷雾特性。将该装置用于2L单缸非增压柴油机上进行了试验。试验表明,在对燃烧室系统参数选择后,高压喷油在燃烧方面有所改进,排放显著降低。     

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。