噴嘴內(nèi)燃油流動及其噴射霧化特性研究.pdf

1、燃油射流的破碎和霧化過程是柴油機(jī)工作過程的重要環(huán)節(jié)之一，對于柴油機(jī)的燃燒過程和排放性能有著直接而重要的影響。作為燃油射流的破碎和霧化的上游邊界，噴嘴內(nèi)燃油流動特性對其具有重要的影響，噴嘴內(nèi)的空穴效應(yīng)已被證實是引起燃油射流破碎的基本因素之一。為深入探索高壓真實噴油過程中噴嘴內(nèi)的燃油流動特征及其對射流破碎和霧化的影響，本文借助于光學(xué)成像和診斷設(shè)備以及三維數(shù)值模擬方法對多種噴射條件下不同結(jié)構(gòu)噴嘴內(nèi)的燃油流動和射流霧化特性進(jìn)行了全面的試驗和模擬

2、研究。
　　本文首先設(shè)計和搭建了噴嘴內(nèi)流動形態(tài)可視化試驗裝置，并加工了一系列接近于真實尺寸的透明試驗噴嘴。通過對試驗裝置的調(diào)試和驗證，發(fā)現(xiàn)試驗透明噴嘴和閃光光源持續(xù)時間是影響試驗結(jié)果的關(guān)鍵因素。本文采用納秒級光源拍攝，得到了實際噴油條件下整個噴油過程的噴嘴內(nèi)燃油瞬態(tài)流動的真實圖像。同時，通過流動圖像的后處理，創(chuàng)新性地定義了兩個新參數(shù)，用于對噴孔內(nèi)空穴生成強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。針對不同噴嘴、不同燃料及不同噴射條件的試驗觀察和理論分析表明

3、，高噴射壓力時，噴嘴內(nèi)的空穴現(xiàn)象不可避免?？昭ǖ纳珊桶l(fā)展及其強(qiáng)度受到眾多因素的影響。其中噴孔長徑比、噴孔夾角、噴孔錐度等結(jié)構(gòu)參數(shù)和燃料屬性對于空穴現(xiàn)象的影響尤為突出。
　　在模擬研究中，本文采用了通用的雙流體模型和基于 Rayleigh-Plesset方程的空穴模型來描述噴嘴內(nèi)氣液兩相流動。模擬研究中主要針對噴孔內(nèi)的空穴體積分?jǐn)?shù)、液相湍動能及流速、流量系數(shù)等流動參數(shù)進(jìn)行定量對比分析，以揭示噴射條件和噴嘴結(jié)構(gòu)對燃油流動特性的影響。

4、另外。本文在流動模擬中還加入了穴蝕模型，對大家關(guān)注較少的穴蝕現(xiàn)象進(jìn)行了探索性的模擬研究，分析了空穴現(xiàn)象對穴蝕的影響，并探討了噴射壓力變化對穴蝕的影響規(guī)律。模擬研究的結(jié)果表明，隨噴射壓力的增大，噴孔內(nèi)的空穴生成和潰滅速率均增大，湍動能增加，但噴孔內(nèi)出口面處的平均空穴體積分?jǐn)?shù)和流量系數(shù)變化較??；隨著噴孔夾角的增大，噴孔內(nèi)空穴生成和潰滅速率都出現(xiàn)增大，噴孔內(nèi)湍流程度增強(qiáng)，噴孔出口面上的空穴體積分?jǐn)?shù)減小，流量系數(shù)則有所增大。噴孔的表面微觀結(jié)構(gòu)對

5、噴孔內(nèi)的空穴現(xiàn)象也有一定的影響，粗糙的孔壁表面會導(dǎo)致空穴潰滅，使得噴孔內(nèi)空穴體積分?jǐn)?shù)減小，湍動能增大。噴孔壁面的穴蝕主要發(fā)生在噴孔中段，噴射壓力的增大會使得噴孔內(nèi)產(chǎn)生穴蝕的臨界時間變短、穴蝕速率增大。
　　本文利用已搭建的可視化試驗裝置，對近孔口區(qū)域的噴霧形態(tài)進(jìn)行了試驗觀察，分析各種噴射條件下及多種燃料的射流破碎和霧化的宏觀特性（噴霧形態(tài)和噴霧錐角）。另外，為研究噴霧的微觀特性，本文還搭建了燃油穩(wěn)態(tài)噴霧試驗裝置，利用激光粒度儀測量