断油前后柴油机喷嘴空化倒吸试验及三维动态模拟

发布时间：2020-08-12 14:38

【摘要】：本文采用试验模拟相结合的方法,对断油前后喷嘴内空化与倒吸规律进行研究。改变环境背压、喷孔长度、压力室大小、针阀落座速度和喷孔数量,比较这几个因素对空化和倒吸的影响。首先,搭建喷油嘴可视化试验台,对不同背压、喷孔长度和压力室大小直孔喷嘴试验获取高压射流图像。得出,随着针阀落座,喷嘴内的空化逐渐溃灭,外界空气会逐渐倒吸,空化溃灭和气体倒吸同步发生;在一定范围内,背压越大倒吸气泡越小,两者基本呈负相关,高背压使得孔内倒吸气泡变散;喷孔越长倒吸气泡越长,两者基本成线性关系;大压力室喷嘴针阀落座时空化、倒吸气体较多,喷孔内倒吸气泡长度较长。对单孔喷嘴进行理论研究,推导出反应断油过程的空化数,通过空化数的定义可以得出,背压减小、喷孔长度增加,空化数减小,空化增强,与试验结果一致。试验模拟了发动机熄火后缸内压力降低的过程,得出,随着背压降低,压力室内倒吸气泡膨胀,将喷嘴内残余的燃油挤出,成为柴油机排放中HC的来源之一。随后,基于VOF方法采用重叠网格技术模拟了断油前后三维单孔喷嘴内部流动,利用喷嘴内气液分布、压力分布、流线、出口流速和压力室湍流动能等量化指标,分析断油前后喷嘴内空化与倒吸规律。得出,随着针阀落座,单孔喷孔内出现线空化,随后喷嘴在喷孔燃油拉伸作用下,空化量达到最大值;针阀完全落座后,外界气体由喷孔逐渐到达压力室,同时喷孔一侧壁面有油膜贴附,环境区域韧带型燃油断裂成液滴;针阀落座过程中,单孔喷嘴压力室内产生较强旋涡流,旋涡中心压力较低,其湍流动能曲线有两个峰值;从喷嘴内空化、倒吸体积变化曲线可以看出,针阀落座后喷嘴内空化溃灭导致了气体倒吸。最后,改变喷孔长度、针阀落座速度和喷孔数量,分析三个因素对断油前后喷嘴内空化、倒吸的影响。得出,长孔喷嘴空化、倒吸气体体积较大,另外,不同孔长喷嘴压力室内湍流动能曲线均有两个波峰,孔长越短湍流动能第一个波峰越大,第二个波峰由于倒吸气泡进入压力室较早而提前;针阀落座越慢的喷孔,其内空化体积较多,倒吸迅速且量大,针阀关闭后流出的燃油液滴少,另外,不同针阀落座速度喷嘴压力室内湍流动能曲线也有两个波峰,落座速度较小的喷嘴,湍流动能的第一个峰值更高,但第二个波峰基本相近;相比单孔喷嘴,在稳定喷射时刻,双孔喷嘴喷孔入口拐角处产生更强空化,且湍流动能曲线两个峰值较小,另外,双孔喷嘴两孔空化与倒吸的特征时刻、形态存在差异,但稳定后倒吸气体体积基本相等。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK427

【参考文献】