噴孔內(nèi)空穴流動的數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、當前，大多數(shù)燃用液態(tài)燃料的發(fā)動機（柴油機以及部分應用了GDI（缸內(nèi)直噴）技術(shù)的汽油機），其混合氣的形成都采用了噴霧混合方式。燃油的破碎霧化效果對發(fā)動機的工作性能和廢氣排放有著直接影響。因此，燃料霧化質(zhì)量的好壞對發(fā)動機高效、低污染燃燒能否實現(xiàn)起著決定性的作用。影響燃油霧化的因素有很多，其中，噴嘴內(nèi)部流動中存在的空穴和湍流流動被認為是最重要的因素之一。由于實際噴孔的長度及孔徑小，噴孔內(nèi)燃油高流速、高湍動等特性，許多空穴與霧化的機理未得到完全

2、揭示。
　　本文在綜合國內(nèi)外研究的基礎上，對噴嘴內(nèi)部空穴流動進行了系統(tǒng)的理論和試驗研究。論文首先搭建了一套延時時間精確可控的可視化試驗臺架，通過加工實際尺寸的透明噴嘴，對不同噴射壓力、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的噴孔以及不同噴射燃料條件下噴孔內(nèi)的空穴流動與噴孔外的噴霧特性進行了系統(tǒng)的試驗研究。其次，在試驗基礎上構(gòu)建了較為準確的數(shù)學模型，基于此模型對錐型噴孔和脹縮型噴孔進行了數(shù)值模擬。主要結(jié)論如下：
　　（1）自行設計搭建了一套用于觀察噴孔

3、內(nèi)燃油流動及孔外霧化的可視化試驗臺架。利用MATLAB軟件編程，完成對噴霧圖像的數(shù)字化處理工作。
　?。?）某些時刻孔外噴霧的會產(chǎn)生特殊的現(xiàn)象，經(jīng)分析是上一噴油循環(huán)殘留在噴孔內(nèi)的“初始氣泡”與渦環(huán)運動產(chǎn)生的滑流作用共同作用的結(jié)果；將噴孔由壓力室球弧位置上移至圓柱壁面位置，空穴初生位置發(fā)生改變，在入口的下拐角出產(chǎn)生并沿下壁面發(fā)展。
　?。?）噴射壓力、噴孔的長徑比以及燃料的物性參數(shù)會對空穴流動與噴霧形態(tài)產(chǎn)生一定的影響，適當提高

4、噴射壓力、減小長徑比以及高飽和蒸氣壓的燃料可有效促進噴孔內(nèi)空穴的發(fā)展，進而更好地促進燃料噴霧的擴散與發(fā)展，使噴霧分布到更廣的空間。
　?。?）在上述試驗基礎之上，論文利用PROE、ICEM軟件建立噴嘴模型，在OpenFOAM中構(gòu)建LES-VOF數(shù)學模型，經(jīng)與試驗結(jié)果對比，驗證了模型的準確性，并基于此模型計算分析了錐型噴孔與脹縮型噴孔內(nèi)外的燃油流動情況，結(jié)果表明：漸擴型噴孔的霧化效果最好，漸縮型噴孔的霧化效果最差。橢圓型噴孔與雙曲線