基于空穴初生的柴油機(jī)噴嘴內(nèi)部流動(dòng)研究.pdf

1、柴油機(jī)的燃油噴霧混合作為的燃燒的邊界條件之一,直接影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性。噴嘴作為柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的終端,對(duì)燃油霧化質(zhì)量、油束與燃燒室的配合及噴油持續(xù)期的長(zhǎng)短都有直接影響,進(jìn)而影響缸內(nèi)燃燒。燃油噴霧的形成、霧化過(guò)程及霧化質(zhì)量除了受噴霧與其周圍空氣摩擦的影響外,更受到噴嘴內(nèi)部流動(dòng)湍流和空穴的影響。其中,空穴現(xiàn)象成為把噴嘴流動(dòng)和噴霧行為聯(lián)系起來(lái)的一種關(guān)鍵因素。所以非常有必要開展噴嘴內(nèi)空穴流動(dòng)研究。而噴嘴由于噴孔直徑只有零點(diǎn)幾毫

2、米,噴射壓力又很高,一般達(dá)到上百兆帕,以致通過(guò)噴孔的流速非常高,接近幾百米/秒的數(shù)量級(jí),而噴油持續(xù)期又非常短,僅幾毫秒,高的湍流強(qiáng)度以及氣液兩相流動(dòng)的復(fù)雜性,使得對(duì)其內(nèi)部空穴流動(dòng)的影響機(jī)理不是很清楚。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,從可視化試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩方面出發(fā),對(duì)噴嘴內(nèi)空穴初生的影響因素開展了系統(tǒng)的研究。
　　 本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新性研究成果如下:
　　 (1)搭建了噴嘴內(nèi)空穴流動(dòng)及噴霧的可視化試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),噴孔內(nèi)空

3、穴流動(dòng)對(duì)后續(xù)的噴霧有著重大影響。對(duì)不同噴孔傾斜角噴嘴,空穴主要是在噴孔的上部區(qū)域產(chǎn)生和發(fā)展,隨著噴孔傾斜角的減小,空穴結(jié)構(gòu)特征有較大的不同。
　　 (2)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)比分析,建立起求解空穴流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,確定了混合多相流動(dòng)下的Singhal完全空穴模型及相關(guān)模型參數(shù)。分別以水和柴油為流動(dòng)介質(zhì)的數(shù)值模擬,所得結(jié)果均與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了所建模型的可靠性。
　　 (3)研究流動(dòng)介質(zhì)的物性參數(shù)對(duì)空穴初生的影響,得出液體中

4、氣核含量越高,空穴現(xiàn)象越明顯,并隨著進(jìn)口壓力的增加,這種影響更為顯著;液體粘性的增加不利于空泡的進(jìn)一步生長(zhǎng),對(duì)空穴的發(fā)展有一定的抑制作用;液體飽和蒸汽壓力和表面張力對(duì)臨界空穴數(shù)影響不大;燃油溫度對(duì)空穴流動(dòng)有一定的影響,對(duì)密度大的生物柴油進(jìn)行增溫50～60K處理,可以獲得與柴油相近的流動(dòng)性能;噴孔內(nèi)空穴流動(dòng)對(duì)于噴孔外界的溫度和密度環(huán)境影響不是很敏感,但是受進(jìn)出口壓差影響很大。
　　 (4)基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),開展多孔噴嘴內(nèi)空穴流動(dòng)瞬態(tài)