柴油机超高压微细喷孔内空化与雾化机理研究及参数优化动力工程专业论文.docxVIP

江苏大学硕士学位论文摘 江苏大学硕士学位论文 摘 要 为满足欧V及以上超低排放柴油机的低油耗、低排放的要求，柴油机燃油 供给系统呈现出超高喷射压力和微细直径喷孔的发展趋向。喷射压力日渐增加及 喷孔逾趋微细化背景下的喷嘴内部空化流动、射流雾化机理与喷孔内部空化流动 与外部射流雾化耦合问题变得尤为复杂，喷油嘴喷孔结构参数设计方案与在传统 压力和孔径尺度条件下相比存在差异。因此，在超高压微细喷孔条件下的喷孔内 空化流动、射流雾化机理及喷孔结构参数优化设计亟需进一步深入研究。 因此，本文首先建立大涡模拟(Large Eddy Simulation，LES)湍流模型及空化 流动模型，在模型验证合理的基础上，重点研究了微细喷孔结构参数对喷孔内部 空化效应的产生、发展过程、结构分布及其对出流参数的影响规律。研究得出： 喷孔孔径对喷孔出流特性影响显著，而喷孔的长度对出流特性影响不明显。喷孔 直径较大的喷孔内部的气相体积分数大，空化强度剧烈，然而在相同孔径条件下， 喷孔的长度的改变对喷孔内部气相体积分布影响不大；喷孔的R／D的增大会抑 制喷孔内部空化的产生，同时流通性能显著降低，喷孔的出口处的有效速度与有 效喷孔直径也随之减小；喷孔锥度K的增大会抑制喷孔内部空穴的产生和发展， 然而有利于提高喷孔的质量流量、流量系数和出口处有效速度。 其次，充分考虑空化效应对射流雾化的强化作用机理，建立充分耦合孔内空 化的射流雾化模型，并搭建喷雾试验台架，采用纹影法获取的喷雾特性参数验证 了模型的合理性，重点研究喷油嘴喷孔不同结构参数对射流雾化影响的规律。研 究得出：采用LES湍流计算模型与微尺度网格的方法能较好的捕捉到喷雾场的 微尺度湍流涡结构，网格独立性检验中，当网格的数目增大到450万以上时数值 与ECN试验室数据吻合度较高；纹影法试验获取的喷雾贯穿距比模拟值最大高 出3．6％，模拟值获取的喷雾锥角较试验值最大高出3．4％。模拟所获得的喷雾图 像所能捕捉到油束中微尺度的湍流涡团，而试验拍摄条件限制无法捕捉到，因此 喷雾模拟计算方法体现出了巨大的优势；随着L／D的增大，喷雾贯穿距离随之 减小，特别的在相同的喷射长度条件下，喷孔直径对喷雾贯穿距离的影响较大， 而在相同的喷射直径条件下，喷孔的长度对喷雾贯穿距离的影响较小；随着R／D 的增大，喷雾贯穿距离也逐渐增加，喷雾油束的周围产生的空气卷吸涡也逐渐变 多，且卷吸涡尺度较大，卷吸空气量多；随着喷孔锥度K的减小，喷雾贯穿距 离是逐渐减小的，大锥度喷孑L使得油束与周围空气之间产生了较大的速度梯度， 万方数据 柴油机超高压微细喷孔内空化流动与雾化机理研究及参数优化 柴油机超高压微细喷孔内空化流动与雾化机理研究及参数优化 对于产生卷吸涡是有利的；空气卷吸涡团主要发生在油束与周围空气速度梯度最 大的区域。 最后，建立微细喷孔多结构参数协同优化试验设计方案，最终形成超高压、 微细喷孔结构参数的设计方案。研究得出：以喷油嘴流量系数为优化目标时，喷 孑L入口倒角直径比R／D和喷孔锥度K对流量系数的影响最大，喷孔长径比L／D 影响小。优化后的方案为∽-5，R／D=0．167，K=3．33，此时的流量系数为0．9， 相比于原始的最优方案3，提高了4．6％。 关键词：柴油机，喷油嘴，空化，射流雾化，大涡模拟，试验设计 II 万方数据 江苏大学硕士学位论文ABSTRACT 江苏大学硕士学位论文 ABSTRACT In order to meet the requirements of low oil consumption and emission of EU V for diesel engine，the development trends of ultra hi班injection pressure and micro hole diameter are presented in diesel fuel supply system．Under the background of increased injection pressure and micronized orifice,the mechanism of cavitation flow within the nozzle， spray and atomization and the coupling cavitation flow and spray become particularly complex．The design of nozzle parameters is different from that wim conditions of traditional pressure and orifice diameters．Therefore，the inv