柴油机无压力室喷嘴各孔流动特性分析

发布时间：2017-08-03 06:13

  本文关键词：柴油机无压力室喷嘴各孔流动特性分析

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【摘要】：柴油机喷油器雾化质量除了受由空气动力学引起的二次雾化影响,更主要的是受由喷孔内空穴、湍流以及外部气动作用引起的初次雾化破碎的影响,各喷孔内部流动特性作为影响喷嘴喷孔出口燃油雾化的重要参数,对提高燃油雾化质量、优化燃烧过程及降低污染物排放起着关键作用。因此,研究柴油机喷油器各孔内部流动特性对多孔喷油器的设计安装具有指导意义。本文以非道路某二气门柴油机用无压力室喷嘴为研究对象,生成喷嘴流动的三维几何模型,选择双流体模型和空化模型模拟计算各孔内部流动过程,可计算得到各孔喷油规律以及各孔内部流动的三维云图。同时,基于喷雾动量原理搭建了测量各孔喷雾冲击力的试验台架,利用动量守恒原理测量各孔喷雾冲击力得到各孔喷油规律。通过对比各孔实测喷油规律和各孔模拟喷油规律可知,二者形状基本吻合。将试验工况测得的喷油压力设置为入口边界条件,模拟分析各孔瞬态流动特性,不同喷油阶段各孔表现出不同的流动特性。针阀开启阶段,喷油压力随着凸轮轴转角的增加不断增加,各喷孔内部空穴出现不同程度的增加,燃油流速也随之逐渐增加;针阀全开时,喷油压力较大且随着凸轮轴转角的增加不断变化,各喷孔内燃油流速也不断随之发生变化,同时各喷孔内出现不稳定空化:喷油压力升高时,喷孔内部空穴区减小,喷油压力下降时,喷孔内部空穴区增加;针阀关闭阶段,喷油压力随着凸轮轴转角的增加不断下降,导致燃油流速也随之下降,但此时各喷孔内空穴区变化不明显,当针阀接近完全关闭时,各喷孔内部空穴区会有稍许增加。针阀轴线与各喷孔轴线夹角(简称喷嘴轴向夹角,下同)的不同导致各孔内部空化存在差异。孔3和孔4喷嘴轴向夹角较大,使得喷孔内部空穴分布较多,对其出口的燃油破碎有促进作用,然而喷孔出口喷油速率降低;孔1喷嘴轴向夹角较小,使得喷孔内部空穴分布较少,可促使喷孔出口喷油速率增加。因此应根据实际需要合理设计喷油器各孔喷嘴轴向夹角的分布。通过对比模拟分析无压力室喷嘴和有压力室喷嘴两种不同压力室结构的喷嘴,可以发现无压力室喷嘴内部空化更明显,各孔内部空穴分布差异较大,燃油流速较高,对喷孔出口的燃油破碎有促进作用,但较大的空穴区导致喷孔出口喷油速率降低;而有压力室喷嘴,内部空化相对较弱,且各孔空穴区基本分布在喷孔顶部,燃油流速较低,喷孔出口喷油速率相对较大。
【关键词】：柴油机 喷油器 模拟 空穴 喷油规律 有效流通截面积
【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】：TK423
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及研究意义11-12
• 1.2 高压喷油嘴内空化形成机理分析12-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.4 数值模拟方法介绍17-19
• 1.4.1 流体体积法17
• 1.4.2 连续介质模型17-19
• 1.5 本文研究目的及研究内容19-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 模型建立21-31
• 2.1 喷嘴几何模型21-22
• 2.2 网格划分22-23
• 2.3 喷嘴数学模型23-28
• 2.4 初始条件和边界条件设置28-29
• 2.5 数值方法29-30
• 2.6 模型求解30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 喷嘴各孔喷油规律模拟及验证31-39
• 3.1 测量原理31-32
• 3.2 试验台架32-36
• 3.3 模型准确性验证36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 喷嘴各孔瞬态流动特性分析39-62
• 4.1 不同循环喷油量下各孔喷射特性分析39-43
• 4.1.1 不同循环喷油量下各孔喷油规律分析39-41
• 4.1.2 不同循环喷油量下各孔流量系数分析41-43
• 4.2 喷嘴各孔瞬态流动特性分析43-60
• 4.2.1 针阀开启阶段内部流动分析43-50
• 4.2.2 针阀全开阶段内部流动分析50-56
• 4.2.3 针阀关闭阶段内部流动分析56-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第五章 喷嘴压力室结构对各孔流动特性的影响62-75
• 5.1 喷油器结构62-63
• 5.2 参数设置63-64
• 5.2.1 计算进出口边界条件63-64
• 5.2.2 计算初始条件64
• 5.3 不同压力室结构喷油特性分析64-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 全文工作总结及展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 在校期间发表的学术论文83

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本文编号：612977