柴油机孔式喷油嘴内空穴流动的模拟分析

利用混合多相流体模型加空穴模型的方法，模拟了柴油机孔式喷油嘴稳定喷射时嘴内的空穴流动现象，分析了空穴在喷油嘴内形成机理及其分布情况。基于这一模型进一步分析了喷射压力、背压和喷孔长径比、喷孔入口圆角比、非轴对称喷孔等几何结构参数对喷孔内空穴分布的影响。通过模拟计算可知，提高喷射压差和减小喷孔入口圆角半径都可以提高空穴强度，同时也发现提高喷孔长径比可以使空穴在喷孔出口截面上分布更为均匀。从燃油空穴雾化理论的角度出发，空穴强度的提高以及在出口截面上的均匀分布都有利于燃油的破碎雾化。     

高压共轨缝隙式喷油器喷雾特性的仿真研究

在相同流通截面积的条件下,运用AVL-HYDSIM软件计算圆孔式喷嘴燃油的一维流动,并将计算结果作为边界条件,运用AVL-FIRE软件对缝隙式和圆孔式喷嘴的内流场及雾化形态进行了三维仿真计算,并对仿真结果进行对比分析。分析表明:较圆孔式喷嘴,缝隙式喷嘴空穴流强度大,在喷孔出口截面上分布更均匀;缝隙式喷嘴有相对良好的喷雾性能。     

柴油机孔式喷嘴内部空化现象的数值模拟

采用Fluent软件的混合多相流模型和空化模型,对柴油机孔式喷油嘴稳定喷射时喷嘴内部的空化流动现象进行了数值模拟,得到了空穴在喷油嘴内的分布情况,进一步分析了喷孔直径和喷孔长径比等几何结构参数对喷孔内空穴分布的影响。结果表明,增加喷孔直径和提高喷孔长径比可以使空穴在喷孔出口截面上分布更为均匀。     

交叉孔喷油嘴内部流动特性的模拟

为改善柴油机的喷雾特性,提出了交叉孔喷油嘴的结构,其特征是每个喷孔都由两个子喷孔交叉汇聚而形成.为探索交叉孔喷油嘴的内部流动特性,采用双流体模型,对一种圆孔喷油嘴和两种交叉孔喷油嘴在不同条件下的内部多相流动进行了三维CFD模拟.结果表明:交叉孔喷油嘴与常规圆孔喷油嘴内部流场结构有明显的差异,在圆孔喷油嘴中,压力在喷孔入口附近急剧下降,速度急剧上升;而在交叉孔喷油嘴中从喷孔入口到喷孔出口,压力逐渐下降,速度逐渐上升;圆孔喷嘴在空穴数较小的条件下会出现空穴,空穴区可从喷孔入口延伸到喷孔出口,而交叉孔喷油嘴内即使空穴数很小也不产生或只产生微量空穴,后者只在带盲孔扰动区的交叉孔喷油嘴发生;交叉孔喷油嘴的流量系数比圆孔喷嘴的高23%,~32%,.此外,交叉孔喷油嘴的特殊喷孔结构使其内部燃油产生冲击扰动,在喷孔出口产生了更大范围的高湍动能区,有利于促进射流雾化.     

喷油嘴内部空穴流动模拟计算分析

利用多相流空穴模型对喷油嘴稳定喷射时喷孔内的空穴流动现象进行了三维数值模拟,分析了空穴在喷油嘴内的形成机理及其分布情况,,基于此模型进一步研究了喷油压力、背压及喷孔入口圆角半径与喷孔k系数对喷孔内部空穴分布的影响.通过模拟计算可知,喷射压力降低和背压增加、增大喷孔入口圆角半径及喷孔k系数后,喷孔内空穴将减小.     

喷孔几何特征对变截面喷油孔空穴流动状态的影响

采用混合多相流模型及空穴模型相结合的方法,对喷油嘴激光打孔过程形成的变截面喷油孔内空穴流动现象进行数值模拟,重点分析喷孔几何特征对空穴流动状态的影响规律.结果表明,变截面喷孔内喷孔截面收缩或者扩张的程度及位置对孔内燃油空穴流动状态具有重要影响.截面收缩型的喷孔可在出口形成更大的空穴强度分布,利于促进燃油的初次分裂及雾化.截面扩张型喷孔可使得出口燃油速度分布更均匀,出口平均速度增大,从而提高流量系数;研究还发现,相对于直喷孔,变截面喷油孔内空穴流动状态对孔入口倒角变化的敏感性减小,这将有利于提高多孔喷嘴各孔流量及雾化的均匀性.     

内/外交叉孔喷嘴内部和近场流动特性的试验

为认识内/外交叉孔喷嘴的内部空穴流动和近场喷雾特性,采用常规圆孔、外交叉孔和内交叉孔三种孔型的喷嘴在不同喷射压力、子喷孔交叉角度及出口中心距下进行了比例放大的喷嘴内部流动与喷雾近场可视化试验。试验结果表明:不同于圆形喷孔的近轴对称射流,内/外交叉孔喷嘴由于燃油的内/外部碰撞冲击作用,射流主要在与两个子喷孔中心线所处平面正交的平面(扩散面)上径向扩散,形成扇形射流。外交叉孔喷嘴喷雾扩散最为显著,其在扩散面上的液滴分散到喷嘴以下180°范围内,内交叉孔喷嘴扩散次之,两者扩散效果均远强于常规圆孔。此外,随喷射压力的提高,常规圆孔喷嘴在0.30MPa左右产生空穴,并迅速发展为水力柱塞流状态;外交叉孔喷嘴也在0.30MPa左右产生空穴,并逐渐发展至喷孔出口附近,但至1.0MPa也未出现水力柱塞流状态;内交叉孔喷嘴内始终无空穴产生。     

柴油机喷油嘴结构对内部空穴流动的影响分析

利用混合多相流空穴模型对垂直多孔喷油嘴完全发展了的空穴流动进行三维数值模拟,分析了不同的喷油嘴压力室结构、喷油嘴喷孔入口圆角半径和喷孔倾斜角等对喷油嘴内部空穴流动的影响,为喷油嘴结构优化设计提供了指导:改进型(IMPROVED)喷油嘴综合特性优于标准型(STD)和无压力室型(VCO)喷油嘴;喷孔入口锐边过渡使喷孔空穴层基本均可延伸至喷孔出口,形成"超空穴"现象,加速液流紊乱,可提高雾化质量.     

喷油嘴喷孔结构参数对雾化特性的影响研究

采用VOF计算模型对喷嘴内部流动进行数值模拟,分析喷孔直径、喷孔入口处倒角等结构参数以及背压对雾化特性的影响。结果表明:喷孔直径增大,喷孔内负压区所占体积增大,气穴强度相应减弱,喷孔的流量系数相对减小,燃油的喷射速度随之降低,但其油束射程却随之变大;喷孔入口处倒角增大,喷孔内负压区所占体积减小,气穴强度相对减弱,但燃油的喷射速度均匀性提高,喷孔的流量系数增大,燃油的平均喷射速度增大,燃油的油束射程也将变大;背压增大,喷孔内压力随之增大,但背压对雾化特性的影响较小。     

高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态模拟

建立了船用柴油机高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态计算模型,采用AMESim模拟计算结合高压共轨燃油系统平台试验的方法对高压共轨燃油喷嘴空穴流动进行研究.研究结果表明:该方法可以较为准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;非稳态模拟可以较好地反映燃油喷射压力的波动对喷嘴内部压力分布和喷孔中燃油喷射速度的影响;在高压喷...     

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。     

喷油嘴空穴流动可视化及其对喷雾的影响

柴油机喷油嘴内部空穴流动很大程度上影响燃油雾化,进而影响整机排放.在比例放大透明油嘴内部空穴流动可视化试验台上,通过高速摄影和长工作距离显微成像技术,研究了不同喷射压力、针阀升程和喷孔结构对空穴流动的影响.试验观察到两类空穴现象,一类是由几何结构诱导的膜状空穴,另一类是由涡流中心低压诱导的线空穴.研究表明:提高喷射压力、增大针阀升程有利于膜状空穴发展,渐缩形喷孔则会抑制膜状空穴发展.线空穴与流场中涡流密切相关,随着喷射压力的提高,线空穴强度范围会增加.膜状空穴与线空穴均能增大喷雾锥角.     

柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态模拟

以船用高压共轨燃油喷射系统及其匹配的电控燃油喷嘴为对象,建立了柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态计算模型。采用高压共轨燃油系统平台试验结合AMESim模拟的方法,对柴油高压喷嘴的空穴流动进行研究。研究结果表明:该方法可以较准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;电磁阀脉宽、喷孔数、喷射压力和喷孔直径对燃油喷射过程的影响较显著,喷孔夹角和长径比的影响较小;为了满足匹配发动机的功率需求,当喷孔直径为0.36mm时,喷孔数应为9～10,当喷孔数为8时,喷孔直径应为0.38～0.40mm。     

喷油嘴的改进对直喷柴油机的影响

改进直喷柴油机的性能,如降低氮氧化合物（ＮＯｘ）和颗粒（ＰＭ）排放,提高输出功率等,燃油喷注的雾化起着重要作用,为了获得良好的燃油雾化而又不增加燃油喷射压力,有效途径是增加在喷油嘴喷孔中燃油流速,通过扩大喷孔进口处的圆角被证明是制造具有高燃油流速喷油嘴的非常有效和合适的方法,本文比较了高流速喷油嘴和常用喷油嘴在喷射特性和喷雾特性方面的差别,并且证实了具有高速的喷油嘴改善了燃油喷注的雾化,本文最后,     

缝隙式喷油嘴喷孔内流场及雾束形态仿真研究

利用发动机流场分析软件FIRE和其动网格技术建立了喷油嘴内部三维流动的实体模型,并利用该软件计算了缝隙式喷油嘴偶件的喷孔内流场及其雾化情况,基于相同喷孔截面积对缝隙式喷油孔与常规圆形喷油孔的雾化质量进行了比较,认为:缝隙式喷孔喷油嘴的喷雾燃烧将优于圆形喷孔喷油嘴。     

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。     

喷油嘴的改进对直喷柴油机的影响

改进直喷柴油机的性能,如降低氮氧化合物(NO_x)和颗粒(PM)排放,提高输出功率等,燃油喷注的雾化起着重要作用。为了获得良好的燃油雾化而又不增加燃油喷射压力,有效途径是增加在喷油嘴喷孔中的燃油流速。通过扩大喷孔进口处的圆角被证明是制造具有高燃油流速喷油嘴的非常有效和合适的方法。本文比较了高流速喷油嘴和常用喷油嘴在喷射特性和喷雾特性方面的差别,并且证实了具有高流速的喷油嘴改善了燃油喷注的雾化。本文最后列举了将高流速喷油嘴装在中型、自然吸气直喷柴油机上进行试验的情况。高流速喷油嘴改善了NO_x—PM的综合性能,提高发动机输出功率,因此证明了这是一种改善发动机性能的有效方法。     

喷油压力波动对喷嘴内空穴发展影响的CFD分析

柴油机喷嘴内部空穴流动是造成喷孔出口燃油初次雾化的重要原因之一,影响喷雾特性,进而影响柴油机的燃烧及排放性能.而实际柴油机喷油系统中的喷油压力往往存在波动,使得喷嘴内部空穴流动现象更为复杂.针对垂直多孔喷嘴,利用混合多相流空穴模型,进行了喷嘴内部气液两相瞬态流动的三维数值模拟,深入分析了不同频率及不同波形的入口压力波动对喷嘴内部流动空穴发展过程的影响.分析得出,空穴有其自己的时间和长度尺度.     

生物柴油对喷油嘴喷孔内部流动影响的仿真研究

应用三维CFD软件对纯大豆生物柴油与常规柴油在喷油嘴喷孔内部的流动进行数值仿真,模拟得到不同压力条件下两种燃油的质量流量、空穴分布、喷孔出口动量和有效喷射速度。计算结果表明:相同压力条件下,生物柴油密度较大,导致质量流量比常规柴油高;并且由于其较大的黏度使临界空穴条件更严格,因此相同压力条件下空穴强度低于常规柴油;同时生物柴油的喷孔出口动量与有效喷射速度也较小,而两者的流量系数与面积系数相差不大。综上所述,预测纯生物柴油的油气混合过程比常规柴油差。     

三维流场数值模拟在柴油机喷油嘴中的应用

由于喷油嘴内的流动状态以及燃油喷射情况在很大程度上影响柴油机的排放和经济性能,对喷油嘴进行流场分析就显得越来越重要了。鉴于试验和测量受种种条件限制,可以采用CFD模型来预测柴油机喷油嘴内的流场状态,并与试验相结合,提高喷油嘴的选配和设计水平。采用Fluent软件进行模拟计算。主要研究喷油嘴的压力室、喷孔以及针阀的前端结构,并考虑燃油的可压缩性及黏度随压力、温度的变化。通过研究可以预测喷油嘴内流场的分布,分析喷油嘴设计的合理性,指出改进方向。