噴嘴內(nèi)燃油流動(dòng)及其噴射霧化特性研究.pdf

1、燃油射流的破碎和霧化過(guò)程是柴油機(jī)工作過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一，對(duì)于柴油機(jī)的燃燒過(guò)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(dòng)特性對(duì)其具有重要的影響，噴嘴內(nèi)的空穴效應(yīng)已被證實(shí)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(shí)噴油過(guò)程中噴嘴內(nèi)的燃油流動(dòng)特征及其對(duì)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(duì)多種噴射條件下不同結(jié)構(gòu)噴嘴內(nèi)的燃油流動(dòng)和射流霧化特性進(jìn)行了全面的試驗(yàn)和模擬

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

3、，高噴射壓力時(shí)，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(zhǎng)徑比、噴孔夾角、噴孔錐度等結(jié)構(gòu)參數(shù)和燃料屬性對(duì)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(lái)描述噴嘴內(nèi)氣液兩相流動(dòng)。模擬研究中主要針對(duì)噴孔內(nèi)的空穴體積分?jǐn)?shù)、液相湍動(dòng)能及流速、流量系數(shù)等流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行定量對(duì)比分析，以揭示噴射條件和噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)燃油流動(dòng)特性的影響。

4、另外。本文在流動(dòng)模擬中還加入了穴蝕模型，對(duì)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(duì)穴蝕的影響，并探討了噴射壓力變化對(duì)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(dòng)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)變化較小；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(duì)

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(huì)導(dǎo)致空穴潰滅，使得噴孔內(nèi)空穴體積分?jǐn)?shù)減小，湍動(dòng)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(huì)使得噴孔內(nèi)產(chǎn)生穴蝕的臨界時(shí)間變短、穴蝕速率增大。
　　本文利用已搭建的可視化試驗(yàn)裝置，對(duì)近孔口區(qū)域的噴霧形態(tài)進(jìn)行了試驗(yàn)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(yàn)裝置，利用激光粒度儀測(cè)量