柴油机锥形孔喷嘴内空穴流动及其对喷雾影响的试验研究

发布时间：2017-10-27 14:23

  本文关键词：柴油机锥形孔喷嘴内空穴流动及其对喷雾影响的试验研究

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【摘要】：面对日益严峻的能源和环境问题,柴油机各种新概念燃烧、低温燃烧技术的提出,对燃油喷射系统的性能提出了越来越高的要求,特别是对燃油喷射过程的高精度控制是核心。喷嘴作为联结上游燃油喷射和下游喷雾的关键,对其内部微观流动特性的准确掌握和预测是前提。近年,锥形孔多孔喷嘴结构被研究者和企业界所关注,但对其内部流动特性的研究还远远不够。本文针对该种锥形孔喷嘴,围绕喷嘴内空化现象的产生机理、影响因素及线空化这种特殊的空化形态的流动特性及其对喷雾特性的影响开展了大量可视化试验研究。主要内容和创新性研究成果如下:(1)设计搭建了带有燃油加热系统的比例放大喷嘴内流及喷雾可视化试验台,创新采用3D打印与机械精加工相结合的方法加工透明喷嘴,尺寸精度达到了0.02mm,有效保证了比例放大喷嘴在内部流道上与原型喷嘴的相似性。(2)对比研究了普通圆柱、正锥形渐缩、倒锥形渐扩三种形状喷孔内部的空穴流动情况。试验发现,渐扩喷孔最易发生空化现象,圆柱喷孔次之,渐缩喷孔最难。在喷嘴初次雾化的几个作用机制中,空化的作用最为明显。空化脱落并在喷孔出口附近溃灭释放能量,将会对喷雾锥角产生重大影响。(3)给出了水力柱塞流现象的流体力学解释,边界层分离后回流区的再附着点达到了喷孔出口,孔外压力较大的空气压入回流区,空化瞬间消失,从而形成水力柱塞流。在流态转变的瞬间,流动本身的连续性使得体积流量保持不变,而为了保证这种流动连续性,在流通面积减小的情况下,喷射压力会出现跃升。(4)首次系统全面地测量了10~90℃温度范围内柴油的主要物性参数。对比研究了15℃、45℃和75℃三种温度下孔内的空穴流动情况。结果表明,燃油温度越高,空化初生对应的喷射压力越小;空穴流动阶段,同样的喷射压力下,燃油的温度越高,孔内的空化分布区域越大。温度较高的燃油会导致孔内空化程度增加较快,从而引起质量流量以及流量系数减小地更快;水力柱塞流阶段,孔内空化消失,被空气占据的孔内流通面积相同,温度对孔内流动的影响作用消除。(5)首次采用双孔渐缩喷嘴较为细致地研究了多孔喷嘴内部的线空化。研究发现,线空化不是一旦产生就持续存在的,而是以一种时隐时现的方式存在和发展的,它的出现与喷嘴内的漩涡流动结构有关。得出了线空化的两种起源方式,一种是在喷孔入口附近产生,向喷孔出口发展;一种是外界空气从喷孔出口进入,向喷孔入口及压力室发展。线空化的出现主要受到针阀升程和喷射压力的影响,较低的针阀升程有利于线空化的产生和发展,而较高的针阀升程则会阻碍它的出现。在同一针阀升程下,较高的喷射压力会增大线空化的出现频率和存在时间。(6)线空化对喷嘴内部流动和喷雾都具有较大影响。在多孔喷嘴中,孔与孔之间的线空化会发生相互作用,形成孔与孔之间线空化;线空化对几何诱导空化具有一定的引发和促进作用;线空化的出现能够使喷雾锥角增大。
【关键词】：锥形孔喷嘴 空穴流动 喷雾 水力柱塞流 燃油温度 线空化
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK427
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 柴油机喷油器喷嘴结构12-14
• 1.2.1 典型的孔式喷嘴结构12-13
• 1.2.2 喷孔结构13-14
• 1.3 柴油机喷嘴内部空化现象及流动14-17
• 1.3.1 柴油机喷嘴内部流动形态14-15
• 1.3.2 柴油机喷嘴内空化的分类及其特征15-17
• 1.4 影响喷嘴内部空化现象的主要因素17-20
• 1.4.1 喷嘴几何结构的影响17-19
• 1.4.2 燃油物性的影响19
• 1.4.3 流体动力因素的影响19-20
• 1.5 喷嘴内部空穴流动的试验研究进展20-26
• 1.5.1 实际尺寸喷嘴内部空穴流动的试验研究20-23
• 1.5.2 比例放大喷嘴内部空穴流动的试验研究23-26
• 1.6 本文主要研究内容26-27
• 第二章 喷嘴内流及喷雾可视化试验台的工作原理及组成27-37
• 2.1 可视化试验台工作原理27-28
• 2.2 可视化试验台的组成28-36
• 2.2.1 燃油供给与喷射系统28-31
• 2.2.2 燃油接收与雾化抽离系统31-32
• 2.2.3 燃油加热与温度测量系统32-33
• 2.2.4 数据与图像采集系统33-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 喷孔锥度对喷嘴内流及喷雾影响的试验研究37-48
• 3.1 喷嘴内部空穴流动的主要参数37-39
• 3.2 试验方案与相关参数39-40
• 3.3 试验结果与分析40-46
• 3.3.1 可视化试验结果40-43
• 3.3.2 流量特性43-45
• 3.3.3 喷嘴中的水力柱塞流现象分析45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 燃油温度对喷嘴内部空穴流动影响的试验研究48-58
• 4.1 不同温度下的柴油物性参数48-53
• 4.1.1 饱和蒸汽压48-50
• 4.1.2 粘度50-51
• 4.1.3 表面张力51-53
• 4.2 燃油温度对喷嘴内部的空穴流动的影响53-57
• 4.2.1 试验方案及相关参数53
• 4.2.2 可视化试验结果53-55
• 4.2.3 流量特性55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 锥形孔喷嘴内线空化特性及其对喷雾的影响58-68
• 5.1 试验方案与研究方法58-59
• 5.2 线空化的起源59-61
• 5.3 影响线空化产生的因素61-63
• 5.3.1 针阀升程对线空化的影响61-63
• 5.3.2 喷射压力对线空化的影响63
• 5.4 线空化对喷嘴内部流动和随后喷雾的影响63-67
• 5.4.1 线空化对喷嘴内部流动的影响63-65
• 5.4.2 线空化对喷雾的影响65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 全文总结与展望68-71
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 工作展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 在校期间发表的学术论文及其它科研成果75

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