液态LPG喷雾特性的数值模拟

由于良好的喷雾特性对发动机的各项性能有重要影响,因此对液化石油气(LPG)的喷雾特性进行数值模拟。利用CFD数值分析技术,并以FIRE软件为分析平台,划分计算网格,建立气穴模型,对喷嘴内部流场进行分析,在考虑气穴的形成对LPG喷雾影响的条件下,设定初始条件,并得出喷嘴外部液态LPG喷雾的数值模拟结果。最终将模拟计算结果与实验结果进行对比,证明该数值模拟方法在对发动机喷雾过程的计算中有很高的精确度。     

在柴油机上燃用乙醇柴油的试验研究

在柴油机上对分别使用多孔喷油嘴和伞喷喷油嘴进行了燃用乙醇柴油的试验研究。结果表明,在柴油机上燃用乙醇柴油后能够达到原机的功率,柴油机的排放状况有很大的改善,热效率有一定的提高,排气温度和最高燃烧压力基本不变。伞喷喷油嘴的效果好于多孔喷油嘴。     

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。     

共轨喷油器针阀偶件流动仿真分析

以某新型大流量共轨喷油器喷嘴为研究对象,基于ANSYS CFX平台建立了喷嘴的三维定常流动模型。以经典的Winklhofer准二维流动试验作为计算模型的验证依据,从宏观的出口流速到微观的内部空化发展情况角度,证明了计算模型选择的合理性。基于1/8喷嘴模型进行了喷嘴流动性能仿真,分析了局部湍动能分布、柴油蒸气含量、速度矢量以及出口流速等。结果显示,该喷油器有着较大区间的压力适应性,适当增大喷油孔入口倒角半径、维持针阀锥角在合理范围内均有利于流动性能的提升。研究结果从一定角度解释了喷嘴内部流动损失的形成机理。     

空气雾化喷嘴内部流场的瞬态研究

为了更加深入了解空气雾化喷嘴内部的流动状况,首先通过建模软件建立了喷嘴的内部三维模型,然后在空气入口压力为0.031 MPa,液体流量为10 L/h、15 L/h、20 L/h的工况下利用Fluent软件中的大涡模拟模型对喷嘴的内部流动的瞬态过程进行数值模拟。通过对喷嘴中心轴线上和不同截面上的压力、速度和气相体积分数等参数进行提取分析,以此得到喷嘴内部流场的流动特征,并为改善空气雾化喷嘴的雾化质量以及研发设计提供理论依据。     

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。     

布袋除尘罐中灰渣吹喷过程的流态分析

采用COMSOL Multiphysics软件中的单相流模块对气体在布袋除尘罐的布袋管中的流动进行了数值模拟。研究了无喷嘴、有喷嘴和喷嘴-文丘里三种布袋管喷吹方式下高压气体在布袋管内的流动特征和速度场分布。结果表明,采用喷嘴直喷所需的高压气体总量约为无喷嘴时的1/9,且穿越布袋管时的气体流速仅降低一半。但是,射入的高压高速气流会由于卷吸效应而难以对布袋管入口0～400 mm段的灰渣进行喷吹。布袋管入口处设置文丘里并不能削弱高速射流在布袋管入口段所带来的卷吸效应,还会降低吹喷时进入布袋管内的空气总量。因此,在实际生产实践中应注意撤销布袋管文丘里结构,增大喷嘴与布袋管入口处的距离或者增大高压喷嘴出口管径来改善喷嘴对布袋管入口段的喷吹效果。     

涡轮增压器蜗壳喷嘴出口速度分布的数值模拟

以k—ε双方程模型模拟车用柴油机涡轮蜗壳内的气体流动情况 ,以心形线拟合蜗壳的通流截面 ,和SIMPLEST算法对蜗壳喷嘴出口气流角和速度的分布情况进行了三维数值计算 ,并将计算结果与实测流场进行了比较 ,两者分布规律吻合较好     

柴油机准均质混合气形成的数值模拟

利用KIVA-3V模拟了一台单缸二冲程柴油机通过早喷形成准均质混合气的过程,分析了喷嘴的不同结构对缸内混合气浓度场和温度场的影响。模拟计算表明,利用早喷可以形成稀薄准均质混合气;燃烧室形状影响混合气浓度场和温度场。为使稀薄准均质混合气在缸内合理分布,在不改变活塞ω形状的条件下,使用单孔喷嘴能有效避免燃油碰壁的发生。     

缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾特性试验研究

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性,建立了定容喷雾试验装置,对不同环境压力和不同喷油压力条件下的自由喷雾和碰壁喷雾过程进行了拍摄,分析了壁面距离和壁面倾角对喷雾特性的影响。研究发现:多孔喷油器与传统的旋流式喷油器的喷雾特性存在较大差异。多孔喷油器的喷雾锥角受环境压力影响较小;随着环境背压的增大,贯穿距离和喷雾锥角呈现先增大后减小的特点;喷雾锥角随着喷射压力的提高略有增加。在碰壁喷雾发展过程中,不同环境压力下喷雾油束与壁面接触面积接近;随着壁面距离的增加,碰壁喷雾高度递减,碰壁后的喷雾高度存在波动;随着壁面倾角的增大,碰壁喷雾高度和增大。在壁面倾角的增大过程中,影响碰壁喷雾半径的因素较多,呈现出较复杂的变化规律。以上研究为多孔喷油器的设计及其与燃烧室的匹配提供了理论依据。     

均质缸内直喷汽油机混合气形成过程的数值分析

针对某缸内直喷汽油机进行了喷油器喷嘴内部流场的多相流仿真分析,并将其结果作为初始条件输入到喷射模型中.将校定后喷射模型集成到缸内混合气动态分析模型,进而对发动机的缸内燃油与空气混合过程进行了欧拉--拉格朗日仿真分析.通过比较两款不同喷束的喷油器发现:缸内混合气的均匀度对于喷束布置较为敏感,比较宽广的喷束布置方案易于得到更加均匀的混合气.     

基于仿真的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发与改进

以某款采用均质混合气燃烧模式的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发为例,介绍了CFD技术在喷雾模拟中的应用.首先对喷油器的喷雾模型进行试验标定,然后将标定好的模型应用到缸内瞬态流动和喷雾仿真中.对最大转矩点(1 800r/min)和额定功率点(5 500r/min)两种工况下的缸内流场、混合气形成过程和点火时刻的浓度分布进行详...     

Modeling on atomization and vaporization process in flash boiling spray

This paper presents the model analysis on atomization and vaporization processes in a flash boiling spray based on experimental results obtained from an injection system in the suction manifold of a gasoline engine. Two kinds of liquid fuel, n-Pentane and n-Hexane, are injected into quiescent gaseous atmosphere at room-temperature with low pressure through a pintle type injector. Fuel spray is observed, by taking photographs, with variation of the ambient back pressure. Then, in the flash boiling spray region where the back pressure was below the saturated vapor pressure of fuel, the bubble nucleation process due to flash boiling was modeled by both experimental results and the nucleation rate equation as a parameter of the pressure difference between back pressure and vapor pressure. Further, the fuel vaporization process was assessed by considering growth calculation of cavitation bubbles and fuel evaporation from the film surface due to heat transfer at the gas-liquid interface. Accordingly, we could estimate quantitatively the transient changes in the bubble growth and the vapor mass fraction inside the spray for each back pressure condition.     

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。     

缸内直喷汽油机的喷雾模拟

在定容弹内测量了某直列4缸均质缸内直喷汽油机不同时刻的喷雾油束形状和喷油器附近位置的喷雾液滴直径及速度分布,并在CFD模型中进行了喷雾的标定.分析了原机缸内喷雾、混合情况.研究了喷雾锥角、喷孔布置对缸内混合气均匀性的影响,论述了在低转速、部分负荷时加进气翻板的作用.结果表明,调整喷雾锥角、喷孔布置方式可以改善直喷汽油机缸内空燃比分布的均匀性;采用进气翻板可以提高发动机低转速部分负荷时缸内的滚流比及紊流强度,从而改善缸内混合气质量及加快缸内燃烧速度.     

Investigation on Spray Behavior and NOx Conversion Characteristic of a Secondary Injector for a Lean NOx Trap Catalyst

Lean NOx trap (LNT) catalyst has been used to reduce NOx emissions from diesel engines. The LNT absorbs NOx in lean condition and discharges N2 by reducing NOx in rich conditions. Thus, it is necessary to make exhaust gas lean or rich conditions for controlling LNT system. For making a rich condition, a secondary injector was adopted to inject a diesel fuel into the exhaust pipe. In the case of secondary injector, the behavior of spray is easily affected by high temperature (i.e., 250 ～ 350 °C) occurred in the exhaust manifold. Therefore, it is needed to investigate the spray behavior of diesel fuel injected into an exhaust manifold, as well as the conversion characteristics for a lean NOx trap of a diesel engine with LNT catalyst. The characteristics of exhaust emissions in NEDC (New European Driving Cycle) mode were analyzed and spray behaviors were visualized in various exhaust gas conditions. The results show that as the exhaust gas mass flow increases, the spray cone angle becomes broad and the fuel is directed to the flow field. Besides, the cone angle of spray is decreased by centrifugal force caused in exhaust gas flow field. In addition, the effects of nozzle installation degree, injection quantity, and exhaust gas flow on NOx conversion performance were clarified.     

喷油器结构对柴油机性能影响的研究

着重介绍了对某大功率高速柴油机喷油器针阀体结构进行的改进研究,以改善喷油器的喷雾特性以及提高其流量,同时通过柴油机整机性能匹配试验,研究喷油器结构对柴油机整机性能的影响。     

喷嘴孔数及其布置对汽油直喷喷嘴闪沸喷雾-环境气体相互作用影响的研究

为了区分火花塞点火式缸内直喷(SIDI)发动机喷雾和环境气体两相流场,将优化后的高速双色PIV(Particle Image Velocimetry)技术应用于多孔直喷喷油器的喷雾和环境气体速度的测试.此双色PIV系统由一个特殊的示踪和滤波系统组成,可同时对燃油喷雾及其环境气体的速度场进行测量.本研究采用该双色PIV方法研究不同环境压力和燃油温度的条件下,喷嘴孔数及其布置情况对燃油喷雾和环境气体的相互作用的影响.在此研究中,对3个汽油直喷喷嘴做了详细的研究,包括1个6孔喷嘴,1个3孔喷嘴及1个2孔喷嘴.研究结果表明,随着燃油温度的提高或者环境气体压力的降低,喷雾雾化增强,燃油颗粒粒径减小,导致喷雾油束变宽,喷雾与环境气体接触面积变大,喷雾和环境气体的两相流场的作用变强.不同孔数和布置的喷油器在冷态及闪沸条件下油束间干扰作用的强度不同,导致喷雾传递给环境气体的动能不同.较强的油束间的干扰作用加强了燃油喷雾与环境气体之间的动量交换过程,进而增强了环境气体的动能.