直流喷嘴的加工表面形貌及其对液流喷射影响的研究

发布时间：2017-09-04 09:35

  本文关键词：直流喷嘴的加工表面形貌及其对液流喷射影响的研究

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【摘要】：燃油喷嘴的加工表面形貌是影响其喷射质量的重要因素之一,很大程度上决定了发动机的燃烧性能与排放性能。为了精准地控制燃烧组织精度,通常要求喷嘴直径一般在几百个微米。因此其加工表面形貌单元的相对尺度很大,若用液力挤压等常规方法去除可能会造成喷嘴的尺寸误差,乃至损伤喷嘴。为了解决这一难题,本论文则对燃油在燃烧前的喷射和对撞雾化两个阶段中,喷嘴的表面形貌,即内壁形貌和进出口毛刺对喷嘴性能的影响进行了定量分析,主要从单个射流的分裂长度、质量流量、喷雾锥角和两股射流对撞后液雾的细化程度等方面来探讨,来提前淘汰废品,提高发动机性能。首先对喷嘴的加工表面形貌进行分析,利用扫描电子显微镜(SEM)获悉了钻削喷嘴最显著的形貌特征为内壁的刀痕和出口毛刺,电火花喷嘴为内壁的复合凹坑。由于传统的二维表面粗糙度参数Ra有一定局限性,故还要借助其他评定参数来描述,结合频谱分析对表面形貌做进一步的解读,利用快速傅里叶变换FFT实现二维点阵的时频转换,得到幅值图和功率谱密度图,并建立了喷嘴的三维模型。其次,运用FLUENT软件完成了喷嘴加工表面形貌对喷嘴内部流动影响的仿真模拟,这是探究出口射流的前提。喷嘴入口压力决定了内部的流型,并结合数值计算和仿真模拟得出内部流型变化的转捩点。具体探讨了喷嘴加工表面的不同形貌分别对每种流型在流线分布、速度分布和静压力分布上的影响。同时也分析了对于不同长径比的喷嘴的表面形貌与喷嘴出口速度和质量流量的关系。最后,对喷嘴加工表面形貌对射流影响进行仿真模拟,并搭建射流实验台验证仿真的部分结果。仿真部分探讨了单孔射流中入口压力与粗糙度同喷雾锥角、分裂长度、出口平均速度、质量流量和流体沿程损失的关系,钻削出口毛刺对射流的影响规律,以及互击式喷嘴的内壁形貌与索特平均直径的联系。最后完成验证试验,通过对比实验与仿真结果,总结了造成其间差异的原因。
【关键词】：加工表面形貌 直流喷嘴 射流 仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK406
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2.1 课题研究的背景9-10
• 1.2.2 课题研究的意义10
• 1.3 喷嘴加工表面形貌及其对流动影响的研究状况10-17
• 1.3.1 钻削和电火花加工表面形貌的研究10-13
• 1.3.2 小孔加工表面形貌对孔内流动影响的研究13-15
• 1.3.3 小孔加工表面形貌对孔外射流的影响15-16
• 1.3.4 燃油喷射对液体燃料发动机性能的影响16-17
• 1.3.5 国内外文献综述的简析17
• 1.4 主要研究内容17-19
• 第2章 喷嘴加工表面形貌的分析评定和建模19-39
• 2.1 喷嘴的加工实验19-21
• 2.1.1 喷嘴材料的选择19
• 2.1.2 喷嘴加工的实验设备和加工条件19-21
• 2.2 喷嘴加工表面形貌时域参数的分析21-30
• 2.2.1 加工表面形貌的检测21-25
• 2.2.2 加工表面粗糙度的时域评定参数25-30
• 2.3 喷嘴加工表面形貌的频域分析30-34
• 2.3.1 加工表面轮廓信号的时频转换30-31
• 2.3.2 加工表面轮廓的幅值谱和功率谱的分析31-34
• 2.4 喷嘴内壁表面三维形貌的表征和建模34-38
• 2.4.1 钻削表面形貌单元尺寸的确定和建模34-36
• 2.4.2 电火花加工表面形貌单元尺寸的确定和建模36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 喷嘴内壁形貌对内部流动影响的仿真模拟39-55
• 3.1 喷嘴内部流动状态的理论研究39-43
• 3.1.1 层流和湍流39
• 3.1.2 直流喷嘴的流量特性39-41
• 3.1.3 不同压力下直流式喷嘴内部流型的判断41-43
• 3.2 数值计算中的控制方程43-44
• 3.3 不同入口压力下喷嘴内部流场的仿真及分析44-50
• 3.3.1 几何建模及网格的划分44-45
• 3.3.2 求解过程中模型的选用和边界条件的设置45-46
• 3.3.3 喷嘴内部流动的仿真结果及分析46-50
• 3.4 喷嘴的长径比对内部流动影响的仿真研究50-52
• 3.5 不同内壁表面粗糙程度对内部流动影响的仿真研究52-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第4章 喷嘴表面形貌对射流影响的仿真模拟及实验验证55-76
• 4.1 射流液柱发散的理论模型55-57
• 4.2 射流流场的仿真研究57-62
• 4.2.1 几何建模及网格的划分57
• 4.2.2 求解过程中模型的选用和边界条件的设置57
• 4.2.3 射流仿真结果及分析57-62
• 4.3 内壁表面形貌的对流动的水力损失的影响62-63
• 4.3.1 总水力损失的构成和计算62
• 4.3.2 表面粗糙程度与克服摩擦力的沿程损失关系62-63
• 4.4 钻削喷嘴出口毛刺对射流的影响63-65
• 4.5 内壁形貌对射流对撞影响的仿真模拟65-68
• 4.6 燃油喷射实验台的搭建及实验与仿真结果的比较分析68-75
• 4.6.1 实验装置与方案的设计68-71
• 4.6.2 实验结果及分析71-75
• 4.7 本章小结75-76
• 结论76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘龙田;;铰孔技术的研究及应用[J];制造技术与机床;2014年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李灵;水导激光微细加工技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

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本文编号：790707