柴油機錐形孔噴嘴內(nèi)空穴流動及其對噴霧影響的試驗研究.pdf

1、面對日益嚴峻的能源和環(huán)境問題，柴油機各種新概念燃燒、低溫燃燒技術(shù)的提出，對燃油噴射系統(tǒng)的性能提出了越來越高的要求，特別是對燃油噴射過程的高精度控制是核心。噴嘴作為聯(lián)結(jié)上游燃油噴射和下游噴霧的關(guān)鍵，對其內(nèi)部微觀流動特性的準確掌握和預(yù)測是前提。近年，錐形孔多孔噴嘴結(jié)構(gòu)被研究者和企業(yè)界所關(guān)注，但對其內(nèi)部流動特性的研究還遠遠不夠。本文針對該種錐形孔噴嘴，圍繞噴嘴內(nèi)空化現(xiàn)象的產(chǎn)生機理、影響因素及線空化這種特殊的空化形態(tài)的流動特性及其對噴霧特性的影

2、響開展了大量可視化試驗研究。主要內(nèi)容和創(chuàng)新性研究成果如下：
　?。?）設(shè)計搭建了帶有燃油加熱系統(tǒng)的比例放大噴嘴內(nèi)流及噴霧可視化試驗臺，創(chuàng)新采用3D打印與機械精加工相結(jié)合的方法加工透明噴嘴，尺寸精度達到了0.02mm，有效保證了比例放大噴嘴在內(nèi)部流道上與原型噴嘴的相似性。
　　（2）對比研究了普通圓柱、正錐形漸縮、倒錐形漸擴三種形狀噴孔內(nèi)部的空穴流動情況。試驗發(fā)現(xiàn)，漸擴噴孔最易發(fā)生空化現(xiàn)象，圓柱噴孔次之，漸縮噴孔最難。在噴嘴初

3、次霧化的幾個作用機制中，空化的作用最為明顯。空化脫落并在噴孔出口附近潰滅釋放能量，將會對噴霧錐角產(chǎn)生重大影響。
　?。?）給出了水力柱塞流現(xiàn)象的流體力學(xué)解釋，邊界層分離后回流區(qū)的再附著點達到了噴孔出口，孔外壓力較大的空氣壓入回流區(qū)，空化瞬間消失，從而形成水力柱塞流。在流態(tài)轉(zhuǎn)變的瞬間，流動本身的連續(xù)性使得體積流量保持不變，而為了保證這種流動連續(xù)性，在流通面積減小的情況下，噴射壓力會出現(xiàn)躍升。
　　（4）首次系統(tǒng)全面地測量了10

4、～90℃溫度范圍內(nèi)柴油的主要物性參數(shù)。對比研究了15℃、45℃和75℃三種溫度下孔內(nèi)的空穴流動情況。結(jié)果表明，燃油溫度越高，空化初生對應(yīng)的噴射壓力越小；空穴流動階段，同樣的噴射壓力下，燃油的溫度越高，孔內(nèi)的空化分布區(qū)域越大。溫度較高的燃油會導(dǎo)致孔內(nèi)空化程度增加較快，從而引起質(zhì)量流量以及流量系數(shù)減小地更快；水力柱塞流階段，孔內(nèi)空化消失，被空氣占據(jù)的孔內(nèi)流通面積相同，溫度對孔內(nèi)流動的影響作用消除。
　　（5）首次采用雙孔漸縮噴嘴較為細

5、致地研究了多孔噴嘴內(nèi)部的線空化。研究發(fā)現(xiàn)，線空化不是一旦產(chǎn)生就持續(xù)存在的，而是以一種時隱時現(xiàn)的方式存在和發(fā)展的，它的出現(xiàn)與噴嘴內(nèi)的漩渦流動結(jié)構(gòu)有關(guān)。得出了線空化的兩種起源方式，一種是在噴孔入口附近產(chǎn)生，向噴孔出口發(fā)展；一種是外界空氣從噴孔出口進入，向噴孔入口及壓力室發(fā)展。線空化的出現(xiàn)主要受到針閥升程和噴射壓力的影響，較低的針閥升程有利于線空化的產(chǎn)生和發(fā)展，而較高的針閥升程則會阻礙它的出現(xiàn)。在同一針閥升程下，較高的噴射壓力會增大線空化的出