柴油機(jī)噴嘴內(nèi)空化效應(yīng)的機(jī)理及射流破碎特征的研究.pdf

1、燃油噴霧對發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程至關(guān)重要,直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒及排放性能,對于節(jié)能和凈化具有十分重要的意義。作為與燃油噴射直接相關(guān)的燃油噴嘴具有極其重要的作用,深入研究噴孔內(nèi)部燃油的流動(dòng)狀態(tài),揭示燃油射流的破碎特征,是本文研究的關(guān)鍵所在。
　　 高壓下的噴孔內(nèi)部流動(dòng)屬典型的多相流運(yùn)動(dòng)。本文借助于CFD手段,基于歐拉-歐拉法的兩相流模型,對噴孔內(nèi)部的空化流動(dòng)特性進(jìn)行了全面的數(shù)值模擬。結(jié)果表明,提高噴射壓力,降低出口處壓力,均有利于孔內(nèi)

2、空化現(xiàn)象的發(fā)展;噴孔長度在一定程度上約束了空化的形成;增大噴孔入口圓角半徑,易使得燃油流動(dòng)變得更加通暢,不利于空化效應(yīng)的產(chǎn)生。在保持空化數(shù)和雷諾數(shù)均不變時(shí),較大的壓差使得孔內(nèi)的流動(dòng)更加劇烈和不穩(wěn)定,空化效應(yīng)較強(qiáng)。雷諾數(shù)越大,孔內(nèi)湍流狀態(tài)越強(qiáng),空化效應(yīng)越明顯,孔內(nèi)的高湍流強(qiáng)度加速空化氣泡的潰滅,碎裂的氣泡一定程度上使湍流變得更強(qiáng),進(jìn)一步促使空化效應(yīng)的發(fā)生。
　　 考慮到噴孔的工作環(huán)境和實(shí)際結(jié)構(gòu),很難直接觀察到真實(shí)噴嘴內(nèi)的空化現(xiàn)象。

3、本文根據(jù)相似理論,在滿足結(jié)構(gòu)相似、動(dòng)力相似和邊界相似等的前提下,設(shè)計(jì)放大20倍于真實(shí)噴嘴的大尺度噴嘴試驗(yàn)系統(tǒng),利用高速攝像機(jī),采用紋影法拍攝噴孔內(nèi)部的空化現(xiàn)象。結(jié)果表明,較高的噴射壓力容易促使空化的發(fā)生,并可能產(chǎn)生超空化狀態(tài),環(huán)境背壓在一定程度上對空化起到抑制的作用;在各種結(jié)構(gòu)因素里,入口處圓角半徑和噴孔傾斜角對噴孔內(nèi)部空化效應(yīng)的影響較其它更為明顯;對比雷諾數(shù)和空化數(shù)對空化的影響,可發(fā)現(xiàn)后者的影響更為明顯。
　　 空氣動(dòng)力、湍流

4、擾動(dòng)、孔內(nèi)空化,被公認(rèn)為是燃油射流破碎的三大原因,空化對油束的分裂霧化有著本質(zhì)的影響。本文正是基于這一思想,運(yùn)用噴孔內(nèi)部流動(dòng)特性計(jì)算的結(jié)果,尤其考慮了空化效應(yīng),通過將出口狀態(tài)賦予噴孔外部模擬的邊界,在歐拉-拉格朗日法的框架內(nèi),對噴孔外部的射流破碎進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,空化氣泡在噴孔出口處潰滅致使液體射流表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng),對初始霧化具有較大影響,進(jìn)而影響二次霧化,加速液體射流的破碎。較高的噴射壓力,使得液滴的SMD變得更小,有利于射