柴油机喷油嘴喷射过程空化效应数值分析

以某型机械式喷油器为对象,采用CFD软件STAR-CCM+,基于不可压缩流体体积函数(VOF)多相流模型,研究分析了在怠速、50%负荷、100%负荷工况下,完整喷射期内喷油嘴处的内流场及空化效应。结果表明:喷射过程中针阀升程的变化对于流动和空化特性影响显著,针阀升程较小时,在针阀的拐角处形成局部低压区,空化现象开始发生,形成大量的燃油蒸气,并在囊室内形成显著的二次涡漩流动,在喷孔底部产生二次空化;在相同的针阀升程下,压强越大,空化效应越显著。     

基于CFD的柴油机渐扩形喷孔喷嘴空穴流动特性研究

柴油机喷嘴的内部流动特性直接影响到燃油的喷射和雾化,进而影响到随后的蒸发、混合和燃烧。基于喷孔形状对其内部流动特性的重要影响,将混合多相流模型与空穴模型相结合,对渐扩形喷孔喷嘴的内部流动特性进行了三维数值模拟。研究结果显示:随着喷油压力或针阀升程的增加,渐扩形喷孔喷嘴内的空化效应和液流紊乱均是逐渐增强的,喷孔的质量流量和出口平均流速均是逐渐提高的,喷油背压的增加对上述参量均具有一定的抑制作用;但与圆柱形喷孔喷嘴相比,相同喷射条件或针阀升程下,渐扩形喷孔喷嘴的质量流量和空化效应均是较高的,流量系数和出口平均流速均是较低的。     

柴油机喷油器内部空化流动的数值模拟研究

柴油机喷油器内部的空化流动现象对燃油雾化、燃烧及排放有重大的影响,而针阀运动又直接影响着喷油器内部空化流动的生成与发展。为此,运用欧拉双流体法对喷油器内部流动进行气、液两相流的动态模拟研究,分析了不同针阀升程下喷孔内部空化分布及发展情况。研究结果表明,针阀上升和下降过程中,喷孔内空化流动变化剧烈;针阀升程稳定时,喷孔内空化流动相对稳定;喷孔入口增加倒角,可以有效缓解喷孔内的空化现象。     

针阀升程对乙醇柴油的空化现象及近场喷雾特性的影响

基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台,以乙醇柴油为流动介质,通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度,对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程(3mm、6mm和8mm)所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现:喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段(初生-发展-超空化)和柱塞流阶段;同等燃油流速下针阀升程越小,则喷嘴孔内越易发生空化,且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势;同等燃油流速下针阀升程越大,则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势;在柱塞流发生之前,同等燃油流速下针阀升程越小,则近场喷雾锥角越大,且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。     

伞喷喷嘴针阀升程对燃油流动及空化的影响

使用混合多相流模型和全空化模型数值模拟研究了不同针阀升程下伞喷喷嘴内部的燃油流动和空化特性。研究结果表明:随着针阀升程的不断增加,喷嘴质量流率呈先增长后减小的趋势,而燃油喷射速度则不断增加,尤其是在空化产生后,喷射速度会有显著的提高。最后研究了针阀升程对喷嘴内部湍动能的影响,发现在不同针阀升程下,喷嘴内部强湍流区的分布有较大变化。     

柴油机喷孔内部空化效应的可视化实验研究

柴油机喷孔内空化现象显著影响燃油雾化质量.针对目前广泛应用的VCO型喷嘴,设计大尺度透明喷嘴稳态实验系统,全面研究了无量纲数、雷诺数、喷嘴射流参数和结构参数对喷嘴内空化过程的影响.结果表明,空化数对空化剧烈程度影响显著,雷诺数对空化剧烈程度影响小于空化数;射流参数直接影响流体流动状态,增大入口压力、减小出口压力和针阀升程能使喷孔内的空化现象显著增强;结构参数决定喷孔内流动形式,增大喷孔倾角、直径和长径比,采用入口圆角等措施会抑制空化的产生.     

针阀运动对断油阶段空化和倒吸的影响

基于流体体积函数(volume of fluid,VOF)模型和动态重叠网格技术对柴油机喷油嘴断油过程中燃油流动特性进行了三维动态模拟。并通过可视化试验对透明喷嘴断油前后的流动进行了试验研究,着重分析了针阀运动对空化和倒吸的影响,其数值模拟与试验一致。结果表明:在针阀落座过程中,喷孔先于压力室发生空化现象,但二者最大空化量表现为压力室大于喷孔;通过对空化和倒吸进行量化分析证实空化溃灭后导致喷嘴内的压力降低是引起空气倒吸的原因;同时对3种不同针阀落座速度喷嘴内的空化和倒吸展开研究,结果显示3种喷嘴压力室内的空化量随针阀运动速度增大而增大,而喷孔内空化量基本相等;最后,通过理论推导得出了反映断油过程中喷嘴内空化的新空化数,解释了喷嘴内产生空化的机理,及针阀运动对喷嘴内空化和倒吸影响的原因。     

不同喷孔入口的柴油机喷嘴空化特性

柴油在柴油机喷嘴内部流动会直接影响其喷射和雾化,进而影响柴油机的性能和排放.线空化是柴油在喷嘴系统中脱离喷孔壁面后呈现线状形态的特殊空化现象.由于受到柴油机喷嘴真实尺寸的限制,使得燃油流动瞬间变化,同时线空化是随机性发生的,这两个现象使线空化试验的难度大大增加.本试验采用具有可视化记录功能的稳态实验装置,通过固定柴油机喷嘴内针阀升程并控制喷射压力使其全程处于稳定状态,研究不同喷孔入口的柴油机喷嘴在线空化现象中的形态分布特征.研究得出,喷射压力差对线空化影响较大,喷孔内部线空化分布长度与喷射压差呈正相关;此外,喷孔入口处的圆角结构会明显改变线空化在形成过程中的分布特征;几何诱导空化泡可以在涡旋运动的作用下聚集在漩涡中心从而促进线空化的发展;喷孔入口设置倒圆角结构可以明显抑制几何诱导空化和线空化的产生,从而提高柴油机的性能.     

柴油机模型喷孔内空化与空蚀特性试验研究

在真实喷油器空蚀试验基础上,利用X射线CT扫描检测到了喷嘴内微量空蚀。为获得空化对空蚀的具体影响,搭建了可同时获得喷孔内空化区域和空蚀区域及形貌的可视化试验装置,采用高速摄影技术和电镜扫描(SEM)技术,针对一个矩形喷孔内空化流动和空蚀特性进行试验研究。结果表明:喷射压力越高,喷孔内空化发展越充分,并出现了单相流、不完全空化流、超空化流和水力回流4种不同流态;云空化脱落呈现出一定的循环周期性,且喷孔下游空蚀区与云空化脱落溃灭区非常吻合。结合壁面附近空化区与液相区交界处存在的空蚀现象,推理云空化脱落溃灭和冷凝溃灭是喷孔内空蚀形成的两大因素。     

柴油机不同类型喷嘴内部空化流动特性的研究

柴油喷嘴内部空化效应是燃油液体射流雾化的重要原因之一。针对目前发动机上广泛采用的SAC型和VCO型两种柴油机多孔喷嘴,运用基于欧拉多流体法的多相流模型,通过全自动网格生成技术,对二者进行了多维数值模拟。将空化模型应用于数值模拟中,全面分析了喷射压力、喷孔背压、喷孔入口圆角半径和喷孔倾斜角等参数对喷孔内部空化流动及出口流量的影响。结果表明,增大喷射压力容易促使空化的发生,压力较大时,SAC型喷嘴出口流量变化不如VCO型的大;出口压力对空化起到抑制作用,减小出口压力有利于空化的形成,有助于喷孔出口燃油的雾化;喷孔入口圆角半径和倾斜角的增大,使得孔内流动变得更加顺畅,燃油蒸气体积变小,出口流量增加。所以孔内空化效应对缸内喷雾过程尤其是燃油液体射流的初始破碎的影响不容忽视。     

基于键合图高压共轨喷油波动影响的显著性

基于键合图理论建立了电控喷油器数值模型,推导得到了其状态方程,循环喷油量计算值与测量结果最大相对误差为5.05%,喷油率计算值与试验测量结果吻合度较好,表明所建立的数值模型具有较高的精度.对循环喷油量波动响应面模型进行评价表明,其可以在设计空间内合理预测系统循环喷油量波动.响应面模型的显著性分析表明,针阀通道节流孔直径、喷孔直径、针阀升程、针阀弹簧预紧力的独立作用以及进油节流孔直径与出油节流孔直径、针阀通道节流孔直径、针阀升程、针阀通道节流孔直径与出油节流孔直径、喷孔直径、控制阀升程、控制阀弹簧预紧力、针阀升程、针阀弹簧预紧力、喷孔直径与针阀升程、针阀弹簧预紧力、控制阀升程与控制阀弹簧预紧力间的交互作用在95%置信水平下对系统循环喷油量波动影响显著.     

柴油机喷嘴结构优化的数值模拟分析

柴油机喷嘴头部细微结构的变化对内部流动有显著的影响，进而影响到喷雾油束雾化性能。利用混合多相流空穴模型对STD（Standard）标准型、VCO（Valve Closed Orifice）无压力室型及IMPROVED改进型的垂直多孔喷嘴内部完全发展了的空穴流动进行了不同针阀升程下的三维数值模拟，通过对比分析得出改进型喷嘴能在低喷油速率下获得相对良好的喷雾性能，综合特性优于STD标准型和VCO无压力室型喷嘴。     

Visualization Experiment and Numerical Analysis of Cavitation Flow Characteristics in Diesel Fuel Injector Control Valve with Different Structure Design

Increasing the injection pressure has been proven an effective method to enhance performance and reduce pollutant of diesel engine.With the increase of the injection pressure,the cavitation damage problem inside common rail fuel injector is more significant,which has direct influences on reliability of diesel engine.While the most studies so far have focused on cavitation occurred in injector nozzle and its atomization characteristics,few researchers studied the cavitation phenomenon in fuel injector control valve.But due to the complexity of flow field and difficulty of experiment,the cavitation in control valve could not be fully described by existing theories.In this paper,the two-dimensional visualization experiment and numerical simulation of control valve was implemented to acquire the image of cavitation intuitively and validate the simulation method and model.Then a new structure design of control valve named convergent model was presented for comparison.The origin model and convergent model with different valve lifts were simulated in three dimensions.The results showed that the sheet cavitation occurred at the surface of seal cone and steel ball then turned to cloud cavitation in downstream area.The intensity of cavitation increased with the increase of valve lift.Convergent model could efficiently reduce the cavitation intensity near the seal area.This research could provide references for engineering optimization design of control valve.     

应用蒙特卡洛方法对共轨喷油器进行敏感性分析

本文在AMESim软件中建立了共轨喷油器计算模型,应用蒙特卡洛方法分析了共轨喷油器重要参数对于喷油器性能(如喷油量)影响的敏感性,研究了不同工况下衔铁升程、进油量孔流量、出油量孔流量、针阀与针阀座面角度差、油嘴喷孔流量、弹簧预紧力、弹簧刚度等参数对于喷油量的影响,得到了各个工况下喷油量的波动范围及不同共轨喷油器参数对于喷油量影响的线性回归系数。     

确定喷射压力与喷射率的一种新方法

本文建立了一种计算喷射压力(油嘴蓄压腔压力)和喷射率的新方法,主要特点是无需已知喷孔处的流通特性(如流量系数等),而是通过实测的油管两端压力和针阀升程就可以计算出喷射压力和喷射率。为了提高计算精度,在计算中考虑了牵连速度和音速变化等因素的影响,建立了处理残余空泡的计算模型。     

New electronically controlled hydrogen-gas injector development and testing

The feasibility of high-pressure hydrogen-gas injection was investigated in a diesel engine with the help of an electronic control under microprocessor management. An injector prototype was developed with variable area orifice fitted with a solenoid actuator for lifting of the needle valve. A metering valve controlled by a digital actuator was installed at the injector's inlet to throttle the gas flow from the cylinder with compressed hydrogen. The injected fuel dose was therefore under double control: by the time of the injector's opening and by the metering valve flow area. This system was first investigated on a test set-up where the pressure in the injector, the needle lift and the gas dose were measured. A concentrated gas discharge rate characteristic of 3 ms duration was obtained. An attempt was also made to measure the gas discharge rate by recording the amplitude of the pressure wave created in a special long pipe. Ignition feasibility tests were finally conducted in a high speed diesel engine with spark ignition support.