柴油機超高壓微細噴孔內(nèi)空化與霧化機理研究及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、為滿足歐Ⅴ及以上超低排放柴油機的低油耗、低排放的要求，柴油機燃油供給系統(tǒng)呈現(xiàn)出超高噴射壓力和微細直徑噴孔的發(fā)展趨向。噴射壓力日漸增加及噴孔逾趨微細化背景下的噴嘴內(nèi)部空化流動、射流霧化機理與噴孔內(nèi)部空化流動與外部射流霧化耦合問題變得尤為復雜，噴油嘴噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)設計方案與在傳統(tǒng)壓力和孔徑尺度條件下相比存在差異。因此，在超高壓微細噴孔條件下的噴孔內(nèi)空化流動、射流霧化機理及噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計亟需進一步深入研究。
　　因此，本文首先建立大

2、渦模擬(Large Eddy Simulation，LES)湍流模型及空化流動模型，在模型驗證合理的基礎(chǔ)上，重點研究了微細噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對噴孔內(nèi)部空化效應的產(chǎn)生、發(fā)展過程、結(jié)構(gòu)分布及其對出流參數(shù)的影響規(guī)律。研究得出:噴孔孔徑對噴孔出流特性影響顯著，而噴孔的長度對出流特性影響不明顯。噴孔直徑較大的噴孔內(nèi)部的氣相體積分數(shù)大，空化強度劇烈，然而在相同孔徑條件下，噴孔的長度的改變對噴孔內(nèi)部氣相體積分布影響不大;噴孔的R/D的增大會抑制噴孔內(nèi)部空化

3、的產(chǎn)生，同時流通性能顯著降低，噴孔的出口處的有效速度與有效噴孔直徑也隨之減小;噴孔錐度K的增大會抑制噴孔內(nèi)部空穴的產(chǎn)生和發(fā)展，然而有利于提高噴孔的質(zhì)量流量、流量系數(shù)和出口處有效速度。
　　其次，充分考慮空化效應對射流霧化的強化作用機理，建立充分耦合孔內(nèi)空化的射流霧化模型，并搭建噴霧試驗臺架，采用紋影法獲取的噴霧特性參數(shù)驗證了模型的合理性，重點研究噴油嘴噴孔不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對射流霧化影響的規(guī)律。研究得出:采用LES湍流計算模型與微尺度網(wǎng)

4、格的方法能較好的捕捉到噴霧場的微尺度湍流渦結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格獨立性檢驗中，當網(wǎng)格的數(shù)目增大到450萬以上時數(shù)值與ECN試驗室數(shù)據(jù)吻合度較高;紋影法試驗獲取的噴霧貫穿距比模擬值最大高出3.6％，模擬值獲取的噴霧錐角較試驗值最大高出3.4％。模擬所獲得的噴霧圖像所能捕捉到油束中微尺度的湍流渦團，而試驗拍攝條件限制無法捕捉到，因此噴霧模擬計算方法體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢;隨著L/D的增大，噴霧貫穿距離隨之減小，特別的在相同的噴射長度條件下，噴孔直徑對噴霧貫

5、穿距離的影響較大，而在相同的噴射直徑條件下，噴孔的長度對噴霧貫穿距離的影響較小;隨著R/D的增大，噴霧貫穿距離也逐漸增加，噴霧油束的周圍產(chǎn)生的空氣卷吸渦也逐漸變多，且卷吸渦尺度較大，卷吸空氣量多;隨著噴孔錐度K的減小，噴霧貫穿距離是逐漸減小的，大錐度噴孔使得油束與周圍空氣之間產(chǎn)生了較大的速度梯度，對于產(chǎn)生卷吸渦是有利的;空氣卷吸渦團主要發(fā)生在油束與周圍空氣速度梯度最大的區(qū)域。
　　最后，建立微細噴孔多結(jié)構(gòu)參數(shù)協(xié)同優(yōu)化試驗設計方案，