柴油机非对称喷油嘴各孔流动和雾化特性的数值研究

发布时间：2020-05-09 21:05

【摘要】：在获得同样的动力和性能的情况下,为了开发出更环保的发动机,喷油嘴的结构设计和其喷油规律的研究对于柴油机的性能和排放起到关键性的作用。本文对于某二气门柴油机非对称喷油嘴进行了内部流动和外部雾化的数值模拟。本文首先在三维软件UG中对喷油嘴建立几何模型,然后在网格划分软件ICEM中对其进行网格划分,选用欧拉-欧拉多相流模型作为喷孔内部燃油流动数值模拟的数学模型。通过采用不同的进出口压力来对非对称喷油嘴进行数值模拟,得到了喷孔截面处的气相体积分数、质量流率、湍流动能、湍流动能耗散率和速度参数的具体数值,分析了各孔的流动参数与压力差的关系。研究发现:对于单个喷孔来说,(1)在未达到超空化状态的情况下,压力差越大其质量流率越大,且基本呈现线性关系;在达到超空化后压力差继续增大且其质量流率基本不变;(2)在空化未产生时,其气相体积分数基本为0;空化产生时,压力差越大其气相体积分数越大;(3)压力差越大其速度越大;在出现空化时其流动速度的增长速率减缓,在达到超空化后其速度增长速率变大;(4)压力差越大其湍流耗散率越大,在产生空化时其湍流耗散率增长速率减缓;(5)压力差越大其速度越大;在出现空化时其流动速度的增长速率减缓,在达到超空化后其速度增长速率变大。对于各孔来说,由于其轴向夹角越大,其空化产生越容易,在产生空化后,其各个流动参数与压力差的变化曲线均出现了较为明显的变化。此外,本文还分析喷孔的压力室结构对喷孔内部流动特性的影响,通过对比有压力室非对称喷油嘴和无压力室非对称喷油嘴发现:在相同进出口压力下,有压力室喷油器各孔的流量均比无压力室的大;在较低和中等进口压力下无压力室喷油器各孔比有压力室喷油嘴更容易产生空化,而在较高的进口压力下这两种类型喷油器各孔产生空化难易程度基本一致;当进口压力不变时,随着出口压力的降低,在无空化产生时其质量流量与压力差成线性关系;当空化出现时其质量流量继续增加,当出现超空化现象时该孔的质量流量不再变化;随着各孔的轴向夹角的增大,其流量越小,空化越容易;对于这两种喷油器来说,仅在有压力室喷油嘴的孔3和孔4空化出现在喷孔的上端和下端,其余孔的空化都只产生在上端。通过由内部流动数值模拟得到的喷孔截面处的流动参数,以此作为外部雾化的初始参数,建立雾场网格模型,采用HK-RT雾化模型,对各孔的雾化进行数值模拟,得到并分析了喷雾的三个主要的几何特征:喷雾锥角、喷雾贯穿距和SMD(索特平均粒径)。研究结果发现:对于单个喷孔来说,(1)压力差越大其喷雾锥角越大,只是在产生空化时其喷雾锥角处出现减缓,随着气相体积分数的不断增大,其喷雾锥角增长速率变大;(2)压力差越大其喷雾贯穿距越大,在产生空化后其增长速率减小;(3)压力差越大其SMD越小,在产生空化后其SMD的减小的速率变大。对于各孔来说,由于其轴向夹角越大,其空化产生越容易,在产生空化后,其各个雾化参数与压力差的变化曲线均出现了较为明显的变化。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK423

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