高压共轨喷嘴内部空化过程的两相流数值研究

高压共轨喷油器喷嘴内的流动属性,尤其是喷孔出口截面上的湍流参数、射流速度以及液相的体积分数等参数对喷雾初次破碎所形成的油滴大小、速度有着重要影响,从而显著地影响喷雾雾化效果。为此,基于验证的欧拉两相流模型对上下两排喷孔式高压共轨喷嘴内空化过程进行了计算分析,并分析研究了针阀升程、喷射压力以及喷孔进口倒角、喷孔锥度等参数对喷嘴内空化过程的影响。计算结果表明,上排喷孔的空化程度要大于下排喷孔,并且适当的进口倒角、收缩型喷孔都能明显地抑制空化过程,但是射流湍动能下降而不利于雾化过程。     

GDI喷油器结构参数对液力响应特性的影响

利用AMESim软件建立了GDI喷油器机械液压系统动力学仿真模型,研究了不同燃油温度、燃油压力、喷孔直径以及喷孔个数下单因素对液力响应特性的影响。结果表明:燃油压力、喷孔结构对GDI喷油器喷油速率影响很大,喷孔直径与喷孔个数对针阀关闭时刻影响较大,而燃油压力对针阀开闭均有影响。基于响应曲面分析方法研究了单因素交互作用对喷油器液力响应的影响规律。结果表明:喷孔直径与燃油压力、喷孔直径与喷孔个数、喷孔个数与燃油压力间交互作用对最大喷油量影响显著,为GDI喷油器优化设计提供了理论参考。     

天然气发动机点火室结构优化模拟研究

为改善大缸径稀燃天然气发动机的点火可靠性,在一台缸径为320mm的点火室式天然气发动机上,应用三维CFD软件CONVERGE进行了数值模拟,分析了点火室喷孔个数、锥形喷孔以及中心喷孔对天然气发动机燃烧和排放性能的影响。研究表明:7孔点火室火焰射流分布更为均匀合理,且在功率和排放上都优于原机;锥形喷孔方案有利于提高火焰射流的贯穿距,提高功率和热效率,并降低NOX排放;中心喷孔方案的优化效果与中心喷孔的直径有关,中心喷孔直径为1.5mm和2.5mm时,可以提高发动机功率并降低NO_X排放。     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。     

生物柴油喷雾特性试验

采用相位多普勒粒子分析仪,在不同的启喷压力、喷油泵转速以及喷孔直径下,对生物柴油的喷雾场特性进行了试验,拍摄了生物柴油和0号柴油的喷雾图片.结果表明:随着启喷压力的增加和喷孔直径的减小,生物柴油索特平均直径不断减小,与石化柴油类似;在不同的喷油泵转速下,生物柴油索特平均直径变化不大.     

一种孔式喷油器分层次异速喷雾现象的研究

在喷油泵试验台上,利用频闪喷雾摄像系统拍摄孔式喷油器(8孔均布,喷射夹角150°,喷孔直径0.29 mm,喷油器开启压力28 MPa)的燃油喷雾图像,发现一种分层的异速喷雾现象,即成十字方向的一组喷孔与相邻45°方向的另一组喷孔的喷雾长度在喷射初期差异显著但后期又趋于一致。对喷雾图片进行数据处理并结合对喷油嘴参数进行分析,初步认定喷油嘴喷孔长径比的不同是产生这种喷雾现象的原因,此现象的揭示为喷油嘴的改进提供了一种新的思路。     

喷孔空化特性和近孔初始射流结构研究

设计了透明的有机玻璃喷嘴头部代替原喷油器的压力室和喷孔,在高压共轨试验台架上搭建了喷油器孔内流动和近孔喷雾可视化试验装置,采用高速可控闪光摄影与长距离显微成像技术相结合方法,获得了喷孔内部空化流动和近孔区域初始射流结构形态的发展过程图像。结果表明,所有试验喷孔内均呈现空化流动,空化强度和空化类型与针阀升程和喷油压力有关,喷油压力越高,对应空化初生的喷油时刻越早,并且空化类型在喷孔内出现的频率和时间也不同;喷油前喷孔内存在初始气泡,初始气泡大小不同导致了近孔区域初始射流结构不同。基于大涡模拟(Large eddy simulation,LES)和界面追踪法(Volume of fluid,VOF)多相流模型,根据喷嘴内部几何形状和试验条件,模拟计算喷孔内初始气泡的演变过程以及初始射流结构形态的形成发展过程,试验结果与模拟结果相符。     

柴油机喷油器故障原因及排除

1.喷孔积炭。若柴油机燃烧不完全,在喷孔周围冒积炭,使喷雾质量下降,发动机功率不足。排除方法是清洗喷油器,除去阀体和针阀偶件上的积炭,喷孔可用细金属丝通畅。     

柴油机燃油喷孔内流动及对近场喷雾特性的影响

针对柴油机燃油射流初始段破碎过程试验观测上的困难,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)和VOF多相流模型,对燃油高压射流流动特性及其近嘴区射流初始雾化过程进行数值研究。根据喷孔内空化、湍流以及环境气体和射流之间相互作用,建立单喷孔计算模型,并采用了Sou试验结果对所建模型的合理性进行验证。结果表明:喷嘴内空化、湍流,以及环境气体和射流的相互作用是燃油近嘴区初始射流破碎的主要原因。孔内湍流和空化相互促进,空化泡溃灭使射流产生扰动促进射流表面波增长以及射流初次破碎,射流与环境气体的空气动力学效应进一步加速射流破碎效果,随着空化效应的增强,射流与环境气体相互作用区域湍动能和亚网格涡黏度也增强,燃油雾化质量也得到提高。计算结果为柴油机利用其孔内流动特性来增强燃油雾化效果提供理论依据。     

喷油器工况分析及维护使用

目前常用的喷油器有直喷式燃烧室,球形燃烧室,涡流室式燃烧室,预燃室式燃烧室.由于不同的燃烧室对喷雾的要求不同,故喷油器结构形式亦有单孔,多孔,有轴针和无轴针式等多种.多喷孔喷油器孔径较小,喷油雾化得到改善,但缺点是易被积炭及杂物堵塞.     

旋转锥形射流的参数影响与试验研究

为了研究中心有一小孔(0≤d≤4 mm)的不同头数螺旋流槽的圆柱形结构加旋件的旋转锥形磨料射流特性,通过射流打击断面试验研究,确定加旋件头数、有无中心孔、圆锥收缩角、压力和靶距及其范围等喷头结构参数.采用单因素试验法分析各参数对射流断面形状的影响,得出影响趋势图以及回归分析方程.研究结果表明:射流断面形状为实心圆或圆环.随着工作压力的升高,圆环外径增大,内径几乎不变;单头加旋件的打击效果较2头、3头的差,即射流加旋不均匀;由于加旋件中心孔增大,射流断面外径逐渐减小,收缩角几乎不受影响.靶距存在最佳打击范围,靶距增大导致圆环外径增大,两者呈线性正比例关系.试验为优化喷头及加旋件的结构参数和工作条件提供依据,且为进一步提高射流性能奠定理论和试验基础.     

柴油机伞喷嘴喷油过程和喷雾特性的研究

主要介绍了用长管法和闪光摄影研究伴喷嘴喷油过程和喷雾特性,并简介了测试装置的结构和工作原理。将伞喷嘴与四气门单缸１３５型柴油机的燃油系统配合,在喷油泵试验台上进行了试验。试验结果表明,在燃油系统其他部分不变的情况下,伞喷嘴的喷油规律图呈近似在角形,最高喷油率和平均喷油率远高于多孔喷嘴;伞形喷雾径向贯穿距离远小于多孔喷雾,喷雾锥角在喷雾早期急剧减小。伞喷嘴喷油特性的研究对相应燃烧系统工作过程的组织和燃烧过程、性能的分析具有指导作用。     

清洁用自吸气脉冲喷头结构参数的正交试验

为研究吸气对脉冲喷头运行特性的影响,设计了一种用于智能马桶清洁的自吸气脉冲喷头,并搭建了喷头整体性能测试实验台.以提高脉冲喷头射流性能为优化目标,选取进气孔直径、进气孔位置和喷头腔体底面倾角为优化变量,采用正交试验设计优化方案对不同结构参数下的喷头进行测量.试验结果表明:自吸气脉冲喷头结构参数之间存在的交互作用不多,仅进气孔位置和喷头腔体下壁面倾角存在一定相互作用;对喷头射流击打力和射流脉冲主频率影响最大的单因素为进气孔直径;与优化前的不吸气脉冲喷头相比,优化后的自吸气脉冲喷头射流是速度提高150%,且流速衰减更慢,射流范围更大;击打力提高44.4%,射流脉冲主频率提高33.3%;击打力幅值和清洁率相较于优化前更高,分别达80.0%和98.3%.     

喷口形状对喷水推进器性能的影响

为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特征和喷水推进器推力性能,从而寻找最优推力性能的喷口形状.计算结果表明:叶轮转速在不断变化时,平面形喷口的推力性能始终大于另外2种形状喷口的喷水推进器性能;在高于额定转速时,空化发生会影响叶轮做功能力,从而降低喷水推进器推力性能;在额定转速时,平面形和凹面形喷口推力性能较好,但平面形喷口最高轴向速度分布较多;高转速时,平面形喷口受空化影响最小,能够持续提供稳定的动力.研究结果揭示了不同喷口形状对不同转速下喷水推进器的适用性以及喷水推进效能,可为喷水推进器性能优化及设计提供一定的理论依据.     

风幕式气力辅助静电喷雾沉积特性

针对传统农业施药过程中雾滴漂移量大和雾滴冠层穿透力不足的问题,以风幕式气力辅助喷雾系统为研究对象,采用称重平面沉积量方法,研究了风幕式气力辅助下荷电喷雾和非荷电喷雾在不同高度面上的沉积规律,以及不同风幕风速影响下荷电喷雾和非荷电喷雾的沉积特性,分析了风幕射流流场对喷雾液滴沉积分布的影响.研究表明:风幕式气力辅助有效减少了液滴的横向扩散,使喷雾沉积集中在靠近喷雾中心的狭窄区域,有效抑制雾滴漂移;风幕流场加强喷雾流场的扰动,使非荷电喷雾和荷电喷雾沿喷杆轴向沉积都更加均匀.气体射流增加了液滴的动量,射流速度越大风幕对喷雾沉积分布影响越大.     

高沉积静电喷雾装置试验研究

为了有效提高温室植保作业中药液雾滴在植株上的沉积率,提出了一种集高压静电喷雾技术、轴流风送技术于一体的高沉积静电喷雾装置,在实验室环境下对该装置进行了测试,获取了轴心风速、粒径和沉积率的相关信息,并进行了分析．试验结果表明：轴向气流可以有效提高喷幅,并且在距离喷头较近处,其对于提高药液雾滴的沉积率有着更明显的作用;在工作压力为0．4MPa,静电电压为40kV,静电与风送的配合下可以获得较小的雾滴粒径,并且距离喷头越远,粒径在总体上越小;轴向气流对于较小雾滴的筛出及输送作用,使得轴向喷雾范围中部的雾滴能够获得相对较好的粒径分布均匀性;植株与喷头的不同距离对应于静电与风送之间不同的配合效果,从而影响药液雾滴的沉积率,当植株与喷头之间拥有合理的距离时,药液雾滴能够获得较高的沉积率,对于本装置,在合理的距离下,可获得不小于50％的沉积率．     

基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。     

变量喷洒喷头组合喷灌试验

变量喷头可以根据喷洒地块形状和喷洒量的要求实现射程和流量的同步可控,对精确灌溉具有重要意义.试验研究了基于扇形通孔动静片调节器的变量喷头在系统不同压力工况下组合喷灌时的水量分布及喷灌均匀度等水力性能,并与传统圆形喷洒域喷头进行了对比,研究了变量调节器对喷头性能的影响及其对工作压力的敏感性.工作压力和调节器的双因素重复全面试验结果表明,变量精确灌溉喷头较传统圆形喷洒域喷头单喷头控制面积降低了15.4％,喷灌均匀度提高了9.5％,喷灌强度降低了15.7％,射程损失了5.9％,喷洒域系数可达64.0％.组合均匀度方差分析结果表明,调节器和工作压力以及两者之间的交互作用对组合均匀度都有极显著影响,变量调节器的设计需要满足喷头在不同工作压力工况条件下的性能要求.     

全圆旋转摇臂式喷头的非圆形域喷洒

喷头的射程及其变化规律决定喷洒域的大小和形状,而喷嘴前的水流压力和喷嘴直径则是影响喷头射程的主要因素。在分析喷嘴前水流压力与喷头出流量关系、喷头射程与喷头出水流量之间的关系的基础上,提出了在喷头座的下端增加一个流量调节附加装置可实现全圆旋转摇臂式喷头的非圆形域喷洒方案。采用具有“十”字孔结构的流量调节器,十字孔的宽度为πd嘴/4,长度为5πd嘴/8,可实现方形喷洒。     

影响柴油机伞帘喷雾燃烧系统性能的几个因素

研究了单缸柴油机喷嘴端伸出量、喷孔参数、启喷压力、供油提前角、燃烧室结构和工况对伞帘喷雾燃烧系统性能的影响。结果表明，喷嘴端伸出量明显影响燃油消耗率和烟度，最佳喷嘴端伸出量随喷孔锥角同向变化；启喷压力、供油提前角、中心喷孔直径和燃烧室凸缘高度存在最佳值；伞帘喷雾燃烧系统的最佳供油提前角比传统燃烧系统小得多；在低负荷下，喷嘴带中心喷孔时的烟度稍高些，但燃油消耗率不恶化。