柴油机双层多孔喷油嘴瞬态流动特性

以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何参数的基础上,采用动网格技术对喷油嘴内部瞬态流动进行模拟研究,并通过可视化试验验证所建模型的准确性.研究了不同位置处、不同喷射压力下喷孔内流量系数、气相体积分数随针阀运动的变化,分析了燃油性质对喷孔内流动特性的影响.结果表明:在相同的喷油压力下,上层喷孔与下层喷孔相比,空穴现象会提前出现,且空穴发展更加迅速,空穴区域更大;针阀关闭阶段与针阀开启阶段相比,喷油嘴内部空穴发展较快,喷嘴内空穴在针阀关闭的前一刻会瞬间增加;喷油压力增加,空穴现象产生时刻提前,空穴发展区域增大;进出口压力相同时,喷孔内空穴现象的发展及其强度受燃油运动黏度、饱和蒸汽压和密度的影响.     

柴油机喷油器中针阀的碰撞与运动轨迹研究

针对柴油机喷油器内的针阀运动速度快,作用时间短,负荷强度高的特点,按针阀实际工作负荷确定加载函数,采用有限元方法,对喷油器多质量运动系统进行非线性动力学分析,研究针阀碰撞的影响因素,模拟针阀系统的运动,计算冲击应力.在190试验柴油机上对多种喷油器的针阀运动、喷射压力进行了试验研究,证实数学模型和模拟方法实用有效,研究结果可用于喷油器的设计和改进.     

针阀粗糙度对柴油机喷孔空化现象的影响

针对目前柴油机广泛应用的无压力室(VCO)喷嘴,搭建大尺度可视化喷嘴稳态实验系统,采用高速摄像及粒子图像测速(PIV)技术,研究针阀粗糙度及粗糙区域长度对喷孔内空化现象及流动特性的影响.研究结果表明:针阀粗糙度的增大对喷孔内空化现象有明显的抑制作用;针阀粗糙度对空化现象的影响是通过改变喷孔内部流体的时均速率和湍动能等流动特征实现的;针阀粗糙区域长度变化对空化现象的影响规律与粗糙度相似,但影响程度较弱;粗糙度及粗糙区域长度对空化现象的抑制作用随针阀升程增大而减弱.     

相间滑移对喷油器喷孔内空化现象数值模拟研究的影响

针对喷孔内空化现象影响喷雾特性进而影响发动机经济及排放性能的问题,利用ANSYS_Fluent 15.0软件,在湍流计算采用realizable k-ε模型、空化计算采用S-S模型(Schnerr and Sauer Model)的基础上,基于均相流及双欧拉两相流模型建立了2种喷油器喷孔内空化现象数值模拟模型。基于均相流的模型认为液相与蒸汽相流速相同,即不考虑相间滑移的影响;基于双欧拉两相流的模型认为液相与蒸汽相拥有不同的流速,即考虑相间滑移的影响。2种模型的计算与试验结果对比分析显示:在相同边界条件下,2种模型的计算结果存在显著差异,考虑相间滑移的计算结果与试验结果吻合良好,既能反映喷孔内空化现象的变化趋势,也可获得准确的空化特征长度,未考虑相间滑移的计算结果仅可反映喷孔内空化现象的变化趋势,但2种模型均不能捕捉到喷孔内空化区域末端的小型空化团分离现象。该结果表明,在空化现象数值模拟研究中,强湍流作用下蒸汽相的运动状态完全受液相支配,而液相运动状态不受蒸汽相影响的这一结论,并非在所有流动状态下均成立。     

柴油机喷油器故障及维护方法浅析

喷油器是柴油机的重要部件,在工作中它容易产生针阀锥面与针阀体锥面磨损、针阀与针阀孔导向面磨损、喷孔扩大、针阀卡住、喷孔阻塞、喷油压力过高或过低等故障,严重影响发动机的工作。本文详细分析了故障产生的现象和原因,并提出了排除故障的方法和维护方法。     

喷油器喷孔积碳对柴油机喷油压力影响研究

使用光学电子显微镜,拍摄了新喷油器和积碳喷油器的喷孔图像。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,对喷孔造成了一定程度的堵塞,改变了原有的喷孔结构;喷孔内部粗糙度有所增大,有少量不规则积碳存在于喷孔内部出口一侧。利用喷油泵试验台架,分别使用新喷油器和积碳喷油器进行了燃油喷射试验,测试了不同工况下的泵端压力和嘴端压力波形。试验结果表明:与新喷油器相比,喷孔积碳后喷油压力增大,压力峰值时间延后,针阀落座时间延后,喷油持续期增长,残余压力增大;嘴端压力波形由双峰曲线变成3峰曲线;喷油器开启压力增大,积碳对嘴端压力影响作用增大。     

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。     

柴油机双层多孔喷油嘴内部空穴两相流动研究

针对柴油机喷油嘴内部两相流动影响柴油的雾化质量、燃烧特性及整车的排放特性,而柴油机喷油嘴头部细微结构的变化显著影响喷油嘴内部流动等问题.以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何结构参数的基础上建立物理模型,基于多维数值模拟软件AVL FIRE对喷孔内部空穴两相流动特性进行模拟,分析不同位置喷孔及不同喷射压力对喷孔内部两相流动特性的影响.结果表明:同一喷射压力下,上下层喷孔位置对喷孔内部空穴产生时刻、分布区域及强度都产生影响,压力分布、液相速度分布及液相湍动能分布也各不相同;不同喷射压力下,空化强度随喷油压力的增加而提高.     

液体可压缩性对超空化流动的影响

基于多相流模型和运动框架模型构建可压缩超空化流场的数值计算模型,分别使用具有不同物性的流体介质模拟水下跨声速超空化流动,并将数值模拟结果与经验公式结果相互参验,通过对比分析研究在液体可压缩性对跨声速超空化流动的影响.研究结果显示:液体可压缩性对流动参数的分布规律、空化物体的阻力特性和流场的空化情况均有显著影响;考虑液体可压缩性,随飞行速度的增大,射弹的阻力系数将增加,并且在高速工况下超空泡的尺度大幅度减小;可压缩超空化流场中,较300m/s工况,速度为1 900m/s时弹体阻力系数增大约22%,弹尾截面空泡直径减小约30%.     

壁面粗糙度对喷油器内空化流动特性的影响

水力空化对柴油机喷油器的性能及污染物的生成有重要的影响,它影响燃油的雾化和燃烧过程效率。运用混合均相流模型及完全空化模型对柴油器喷油器内部的空化流动特性进行数值模拟研究;并结合Nurick的试验验证所选模型的合理性,研究了壁面粗糙度对柴油机喷油器内部空化流动特性的影响。结果表明,在入口压力较低时,流量系数随着粗糙度的增加而减小;流量系数随着空化参数的增加而缓慢增加。当空化参数大于某一值后,流量系数则变化较小。在靠近尖角区域,空化产生的蒸汽气泡向中心轴方向迁移,使得在中心区域雾化增强。     

A numerical study of cavitating flows in high-pressure diesel injection nozzle holes using a two-fluid model

Cavitating flows inside a diesel injection nozzle hole were simulated using a two-fluid model. Attention was focused on the complex cavitation processes and flow characteristics under constant inlet pressure and fluctuant inlet pressure modes. To validate the two-fluid model, model predictions were compared with the experimental data available in the literatures, and good agreement was achieved. The numerical results show that the appearance of supercavitation in the diesel nozzle hole induces obvious changes of flow field structures and exit flow conditions. The distributions of liquid phase turbulent kinetic energy and exit velocity profiles corresponding to the supercavitation regime indicate the potential for promoting the primary breakup of a diesel jet. Furthermore, the upstream pressure fluctuations significantly influence the cavitation processes. Both partial cavitation and supercavitation show unsteady behaviors as the rapid rise or fall of upstream pressure. Supported by the National Natural Science Foundation of China, Key Project Funding (Grant No. 50636040) and Major State Basic Research Development Program (Grant No. 2007CB210001)     

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.     

喷油器参数对柴油机性能的影响分析

在大量实验研究的基础上，分析了不同结构参数的孔式喷油器对直喷式柴油机性能的影响，同时分析了喷孔孔径、惯量对喷油、运转及燃烧过程的影响。可为喷油器参数与柴油机的合理匹配提供参考。     

8300C型柴油机二次喷射与喷嘴流通性能研究

叙述了对８３００Ｃ型柴油机喷油嘴改进的试验研究工作．试验表明，通过适当增加喷孔尺寸可以改善燃油喷射过程及燃烧过程，使耗油率下降３％，烟色也下降。文中还介绍了喷嘴流通特性。     

基于一种新型喷油系统的船用柴油机NO x 排放试验研究

为了探索采用改进的机械式喷油系统以较低的成本使大功率船用柴油机的NOx排放满足IMO TierⅡ法规的可能性,在一台6PC2-6/2L型柴油机上开展台架试验,验证了自行研发的新型喷油系统,即交叉喷孔油嘴和调压孔式喷油泵,对于降低船用柴油机NOx排放的效果.试验结果表明：交叉喷孔油嘴所产生的扇形喷雾在柴油机气缸的空间分布范围广,混合气更为稀薄,有利于抑制燃烧温度,从而降低NOx排放;将新型喷油系统应用于该柴油机使NOx排放率降低14.3%,同时制动油耗率降低1.5%.新型供油系统进一步优化有望使该柴油机的NOx排放满足IMO TierⅡ排放法规.     

喷油嘴流量系数对燃油喷雾及柴油机性能的影响

探讨了喷油嘴流量系数变化对燃油喷雾和柴油机性能的影响，结果表明，喷油嘴流量系数增大可使喷雾射程增长，并对ZH1105柴油机在低速大负荷工况与标定工况时的燃油消耗率和烟度有明显不同的影响。通过对燃油喷雾特性的研究，分析了喷油嘴流量系数变化影响柴油机性能的原因，为提高喷油嘴与柴油机匹配技术提供了有益的试验根据。     

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。     

LPG/柴油混合燃料喷雾特性的试验研究

采用高速摄影技术,对液化石油气(LPG)、柴油以及两种LPG／柴油混合燃料(LPG质量分数分别为30％及50％)的喷雾特性进行了对比实验研究,探讨了混合燃料成分、启喷压力、喷孔直径和喷射背压等参数对喷雾贯穿和喷雾形状的影响规律．研究结果表明,在相同的喷射条件下,纯LPG的喷雾贯穿距离最短,蒸发气化速度最快;四种燃料喷雾的贯穿距离均随背压的升高而减少,而其喷雾锥角则随背压的升高而增大;当背压大于LPG的临界压力时,两种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾锥角均随喷射压力的上升、喷孔直径的增大而增大;背压对贯穿距离、喷雾锥角的影响均大于启喷压力．     

柴油机喷油嘴各喷孔流量检测设备的研制

介绍一种测量油嘴各喷孔流量设备的设计思路。该设备流量传感器原理为定容法,采用了油嘴快速装夹、燃油恒温装置、油道阻尼等装置措施。批量测试表明,该设备可同时测量喷油嘴各喷孔流量的不均匀性,从而可发现喷油嘴参数以往不易被发现的问题,得到了其他测试手段无法测取的一些结果,比只测总流量获取了更多的信息,为研究喷油嘴参数对各喷孔流量影响及生产厂改进产品质量提供了新的测试手段。     

风琴管空化清洗喷嘴结构改进及数值分析

空化水射流是一种运用水机械"汽蚀"的原理来增强射流冲蚀效果的高效水射流技术,风琴管喷嘴由于具有良好的空化初生和空化打击效果而在该领域广泛使用。该喷嘴流场中收缩段入口壁面附近会由于压力的降低而产生较强空化现象,如果将喷嘴收缩段壁面边界向外部扩展,增大低压产生区域的作用范围,设计了圆弧段扩张口径的空化喷嘴,同时引入脉冲结构进行改进。采用CFD软件对相同参数下普通风琴管喷嘴和新型喷嘴进行流场分析。结果表明,新型喷嘴圆弧段内部的大漩涡流场更有利于空化产生,具有脉冲结构的新型喷嘴中漩涡区域的空化气泡能够较容易地随脉动水体喷出,且水射流具有较强的瞬时冲击力,因而喷嘴的空化清洗效果将会更显著提升。