壁面条件对微喷孔内空化流动特性的影响

发布时间：2020-05-17 08:37

【摘要】：近年来,柴油机喷油嘴朝着微孔径和高喷射压力的趋势发展,使得喷孔内部极易发生空化现象,这会给喷油嘴的实际工作带来两种相反的作用效果。而在微尺度喷孔的流动中壁面条件占据主导地位,导致微尺度喷孔内部的流动特性不同于宏观尺度。因此,本次研究采用CFD数值模拟的方法来探究壁面条件对微喷孔内空化流动特性的影响,依次分析喷射压力、相对粗糙度、壁面润湿性(接触角)对喷孔内部流场、流量系数、气相柴油体积分数等参数的影响。通过分析数值模拟结果可以发现:喷孔内空化初生始于喷射压力为10MPa,此时流量系数达到最大值0.768。随着喷射压力的升高,空化层先是沿壁面发展,然后沿径向加厚。相应的,流量系数随着空化的发展先是迅速下降,到40MPa的半空化状态后下降变缓慢,到100MPa时的全空化状态后变化趋于稳定。喷孔内部壁面的相对粗糙度对空化流动也有较大的影响,且其对靠近壁面区域流体的影响要比主流区域流体的影响更加显著;由于壁面粗糙度的扰流作用,相对粗糙度越大,喷孔出口截面的流速越低,湍流动能越大,但由于壁面速度的降低,抑制压降的减少,空化程度减弱;随着相对粗糙度的增加,喷孔的流量系数先增大再减少,期间会出现一个峰值,该峰值对应壁面的相对粗糙度可以显著增大喷孔的流量系数,最大增幅为11.5%,这对于加工喷孔内壁面起到十分重要的指导意义。接触角对喷孔内部空化流动同样有明显的影响,亲水壁面对空化有一定的促进作用,且效果微弱;疏水壁面对空化有很强的抑制作用;接触角越大,喷孔的流量系数越大,但接触角对喷孔流量系数的变化趋势没有明显的影响;带有润湿性的壁面会出现速度滑移现象,且滑移速度随着接触角增大而增大;此外,超疏水壁面(接触角为150°)还可以显著提高喷孔出口速度,这将提高喷孔的流量系数,更有利于油滴破碎雾化。
【图文】：

y+计算器工作界面

实验模型示意图
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421

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本文编号：2668240