喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响

为弄清喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响,阐明喷嘴内气液两相空化流动初生机制,采用背景光高速显微成像技术获得不同锥度系数及燃油温度下简化竖直单孔柴油喷嘴内空化流动及近场喷雾光学图像。结果表明：随着喷射压力增大(0.2～1.0 MPa),柴油喷嘴内燃油逐步从单相流动发展为片空化、线空化、空气倒吸和超空化等多种气液两相空化流态;云空化、线空化和空气倒吸现象的初生强烈依赖于燃油喷射压力,且具有显著的瞬态不稳定性。与圆柱形喷孔相比,渐缩锥度喷孔对各类空化流态具有明显的抑制作用,且锥度系数越大,抑制作用越显著。同时,提高燃油温度(288 K、303 K和323 K)有利于各类空化流态的初生及发展。此外,喷孔内部空化两相流动加剧了燃油射流的不稳定性,促进了射流破碎雾化,有利于增大喷雾锥角。研究为揭示各空化流态特性及其对喷雾特性的影响规律奠定了理论基础。     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟

为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型,并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析,得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律:随着喷油嘴入口处的曲率半径增大,喷孔内气相体积分数越来越小,空穴层的厚度也越来越薄,高压喷油嘴雾化性能变差;随着压力波动幅度的减少,喷油嘴出口质量流量变化越来越小,有利于喷油嘴喷油量的精确控制;燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强,但是压力的增大更有利于空穴增强,从而有利于燃油雾化.     

高压条件下椭圆孔喷雾破碎雾化分析

为研究椭圆喷孔的雾化机理,采用LES与VOF相耦合的数值模型对椭圆喷孔在背压3 MPa时,不同高喷射压力下(120、140和160 MPa)初次破碎的换轴现象与分解过程进行研究,并结合圆孔与椭圆孔的远场雾化试验,分析了初次破碎对远场喷雾的影响.结果表明:椭圆孔在高喷射压力下也会出现换轴现象,且换轴现象的次数会随着喷射压力的提高而增加;喷射压力的提高并不会影响初次破碎的液相长度,但会加快液相破碎的进程,其中液相的褶皱程度由喷雾的涡量决定;对比椭圆孔和圆孔宏观喷雾试验结果后发现,椭圆孔结合高压能够加剧初次破碎的不稳定性,促进初次破碎并提高二次雾化质量.     

喷油参数对重型柴油机喷油器喷油规律的影响

柴油机各孔喷油规律对燃油在燃烧室的分布、雾化、可燃混合气形成、燃烧有重要影响,从而影响柴油机排放性、经济性、动力性。基于自行搭建的动量法各孔喷油规律测试系统,以某大功率柴油机喷油器为研究对象,探讨了不同喷油压力、喷油脉宽和喷孔直径对喷油器各孔喷油规律的影响。结果表明:随着喷油脉宽的增加,相同压力下喷孔喷油速率和流量系数发展趋势保持一致,喷油持续期增加。随着喷油压力的增加,喷油速率和流量系数随之增加,喷孔有效流通面积增大,空化效应更弱。但相比于喷油速率,流量系数变化较小。随着喷孔的直径增大时,喷油速率及其波动增大,喷油速率最大值对应时刻延迟,喷油持续期减小,喷孔的流量系数增大。     

挤压研磨对喷油器流量及雾化性能的影响

为了研究挤压研磨工艺对喷油器喷孔流量和雾化的影响,采用喷雾试验台、高速摄像机、喷油器性能试验台和EFS单次喷射测量仪,在不同挤压研磨加工时间和系统压力的工艺条件下,拍摄了喷油器的喷雾图片,测量了喷孔的流量.分析了喷油器喷孔喷雾的喷雾锥角、喷雾贯穿距、初次和二次破碎、喷雾差异度等的变化规律.结果表明:随着挤压研磨加工时间和系统压力的增加,喷孔的挤研增量逐渐增加;当挤研增量从5%增加到20%时,喷雾锥角从14.8°减小到12.6°,喷雾贯穿距从36.20 mm增加到44.20 mm,一次破碎区域的贯穿距由3.93 mm增大到22.20 mm,一次破碎的贯穿距在整个喷雾贯穿距中的占比增大;随着挤研增量的增大,喷雾差异度增大,不利于燃油在燃烧室的均匀分布.     

喷油器喷孔积碳对柴油机燃烧特性影响研究

使用光学电子显微镜,对比分析了新喷油器和积碳喷油器的喷孔形貌。图像表明:喷油器喷孔积碳后,喷孔出口有明显的不规则积碳,喷孔圆度发生变化,喷孔结构改变;喷孔内部粗糙度增大,有少量不规则积碳。利用单缸柴油机试验台架,分别使用新喷油器和积碳喷油器进行了外特性燃烧试验,分析了燃烧特性的变化规律。试验结果表明:喷油器喷孔积碳后,柴油机功率、扭矩下降,小时油耗、燃油消耗率增大,发动机动力性、经济性下降;由于积碳影响雾化质量,导致燃烧状况变差,缸内压力有所下降,同时造成滞燃期增长,预混合燃烧阶段放热量增多,压升率与放热率峰值明显增大,燃烧过程粗暴,排气温度升高。     

超高压喷射条件下非常态燃油缸内喷雾特性

为了研究超高压喷射条件下缸内非常态燃油的雾化特性,分析非常态燃油各个物性参数与压力之间的关系;搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架,在AVL FIRE平台上对喷雾过程进行三维数值仿真;利用喷雾发展的试验结果验证仿真模型的准确性,并研究喷射背压、喷孔直径对燃油雾化特性的影响。研究结果表明:在超高压喷射条件下,燃油密度、音速和弹性模量的增大有利于油滴在喷嘴出口处获得较大的湍动能,进一步提高燃油的雾化质量;喷射背压增大时油束与缸内空气之间的能量交换加剧,射流扰动增强,加剧了油滴的二次破碎;随着喷孔直径增大,油束的初始湍动能增加,有助于气态燃油向燃烧室四周和底部扩散发展。     

喷油嘴喷孔毛刺现象对燃油喷雾的影响

在喷油泵试验台上 ,利用自制的频闪喷雾摄像系统拍摄了喷油嘴的喷雾图像 ,以判断喷孔处是否存在毛刺及毛刺现象对燃油喷雾的影响。试验结果表明 ,用自制的频闪喷雾摄像系统拍摄的喷油嘴喷雾图像可以有效地判断出喷孔处是否存在毛刺 ;当喷孔处有毛刺时 ,不仅使喷孔流量减小 ,更重要的是引起各喷孔的喷雾形状发生变化 ,从而导致油束中燃油分布不均匀。     

具有蒸发喷雾过程的大涡数值模拟

采用大涡数值模拟方法对不同气体密度条件下无蒸发和有蒸发燃油喷雾进行了数值模拟,重点研究喷雾形状、喷雾贯穿距离以及粒子索特平均半径的预测值与计算网格的相关性以及亚网格脉动速度对喷雾过程的影响.计算公式采用单方程亚网格湍流模型、ETAB破碎模型和基于粒子云的碰撞模型.在有无蒸发两种喷雾条件下贯穿距离和索特平均半径的预测值与实验值吻合较好,并实现了预测值与计算网格无关性.亚网格脉动速度对喷雾贯穿距离和索特平均半径影响较小,但是影响喷雾形状和粒子分布.具有蒸发的喷雾贯穿距离与无蒸发喷雾情况类似,但是由于蒸发作用,索特平均半径预测值表现出波动现象.     

柴油机喷油器内部空化效应的模拟研究

喷油器中空化流特性直接影响燃油的雾化和燃烧.利用CFD-Fire软件,在针阀运动的情况下模拟了喷油器内部从单相流到超空化的过程以及流动特征.数值模拟发现:气泡首先出现在喷孔进口的拐角处,随着流速增加,空化进一步发展,直至贯穿整个喷油器形成超空化,整个流场成为气液两相流.瞬态条件下,针阀运动致使喷孔进口附近压力波动,部分...     

双层交错布置多孔喷嘴设计与仿真研究

针对高喷射压力下传统喷油嘴喷雾的碰壁比较严重以及传统多孔喷嘴喷雾之间易相互干扰等问题,设计了一种具有上下2层交错布置的多孔喷油嘴,阐明了双层交错布置多孔喷嘴的结构和理论依据,建立了喷雾及燃烧排放模型,研究了双层交错布置多孔喷嘴的喷雾特性及其结构参数对共轨柴油机燃烧与排放性能的影响.喷雾特性仿真表明,与传统喷油器相比,双层交错布置喷油嘴具有较短的喷雾贯穿距和更好的燃油空间分布特性.双层交错布置喷嘴的结构参数对高压共轨柴油机的燃烧过程和排放性能的影响研究表明,上层喷孔的喷射夹角采用大喷射夹角或下层喷孔采用小孔径,都可以使柴油机的燃烧及排放性能得到进一步改善.     

伞帘喷雾燃烧系统喷雾特性的试验研究

柴油机伞帘喷雾燃烧系统通过喷嘴与特殊燃烧室的配合,主要依靠燃油喷雾与壁面的相互作用来促进混合气形成和燃烧,在载油泵试验台上,应用闪光摄影法,研究了压力容器内该燃烧系统的宏观喷雾特性,试验结果表明,中心喷雾碰撞燃烧室底面平台后形成准伞状喷雾,侧向喷雾碰撞燃烧室侧面凸缘后形成帘状喷雾。无论是否存在壁面限制,侧向喷雾锥角变化的总趋势是经过较短时间的减小后达到稳定。喷雾碰壁过程中的侧向喷雾锥角稳定值小于相     

直喷式柴油机二甲醚喷雾燃烧的多维模型研究

使用KIVA程序模拟了小型直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)的喷雾燃烧过程，其中的喷雾模型包括喷嘴空穴流动、射流雾化、液滴破碎和喷雾碰壁等子模型．对燃烧过程，采用了一个简化的化学反应机理和新型的湍流模型——部分搅拌反应器(PaSR)模型，考虑了湍流混合作用对燃烧速率的影响、由计算所得的缸内压力和放热率曲线与试验值符合较好，并分析了缸内瞬态温度场和喷雾粒子轨迹的变化历程．结果表明，柴油机燃用DME时，其燃烧系统需要进行必要的优化．     

柴油机伞帘喷雾燃烧系统的试验研究

在四气门单缸柴油机上研究了伞帘喷雾(UCS)燃烧系统性能．结合喷油过程测试结果和缸内空气运动数值模拟结果，综合分析了试验结果．结果表明，与原机相比，UCS系统的燃油经济性明显提高，烟度、最高燃烧压力、排气温度和NOx排放明显降低．这归因于喷雾碰壁引起的喷雾体积和空气卷吸量增加及燃油的二次雾化．但在中低负荷工况，由于壁面温度低，其CO和HC排放量明显高于原机．它在上止点后着火；着火时，准伞形喷雾和帘状喷雾的扩展范围已很大．     

基于激光测试技术的喷雾场试验研究

在航空发动机燃烧室中,燃油是在经过喷嘴雾化之后,以液雾的形式进入的,因此,液雾的特性也决定了燃烧的质量,而液雾的特性是由喷嘴的雾化性能来决定的。通过运用PIV(particle image velocimetry)和GSV(global sizing velocimetry)这两种激光测试技术,对喷嘴喷雾场进行了试验研究。试验结果表明:在一定压力范围内,喷雾锥角随压力的变大而变大;在较大压力下,喷雾场会形成空心锥体结构;在一个压力确定的喷雾场中,边缘区域的雾化效果最好。通过对试验数据的分析处理,可以检测喷嘴的雾化性能。     

基于场效应方法的柴油机喷油嘴参数匹配仿真研究

为了解决1132Z柴油机喷油系统的匹配问题,采用场效应分析方法,通过数值模拟定量分析了油束夹角、喷孔直径、喷孔数对柴油机喷雾混合过程的影响规律,在此基础上得到了优化的喷油嘴参数.研究结果表明,基于场效应的计算分析方法,可以用于指导柴油机喷油系统的匹配.     

降低493柴油机排气污染物的研究

为满足国家新颁布排放法规的要求,对493柴油机的燃烧系统进行了改进设计,燃烧室由原来的四角ω型改为缩口凸台型,同时减小喷油提前角、提高喷油压力、增加喷孔数目、减小喷孔直径。大量的性能试验、排放试验和燃烧分析的结果表明,改进后的燃烧系统良好地兼顾了柴油机的动力性、经济性和排放特性。