喷孔几何特征对孔内流动及近孔区域燃油雾化的影响

采用混合多相流模型与空穴模型相结合的方法,对喷孔内部流动特性及近孔区域燃油喷射及雾化进行数值模拟。计算结果表明,喷孔几何特征对其内部流动特性及近孔区域燃油喷射及雾化具有重要影响,对于截面渐扩的喷孔,孔内空化效应、湍流度均增强,喷孔出口流速提高,喷油压力增大时效果更显著,空穴强度增大能够促进近孔区域燃油快速分裂,使燃油液滴雾化更细小,有利于柴油机油气混合以及性能的提高。对于截面渐缩的喷孔,孔内空化效应受到抑制、湍流度和喷孔出口流速均降低,喷孔出口液柱较长、液块较大,近孔区域燃油雾化程度降低。     

高压喷射喷孔结构参数对空化现象的影响

空化现象产生的空穴具有不稳定性,空穴的产生和溃灭会对高压喷孔内的流体流动产生扰动.柴油机喷油器喷孔是高压喷射喷孔的典型形式.采用ANSYS软件中的Fluent模块,模拟了柴油机喷油器在不同喷油压力条件下,喷孔不同入口圆角半径、中径比对喷孔内燃油空穴形态的影响,并分析了空化现象存在时,喷孔结构参数对燃油质量流量的影响.结果表明,在喷油压力一定的情况下,增大喷孔入口圆角半径、改变中径比为d/D1.0或d/D1.1均对空化现象有抑制作用,随着压力增大,抑制作用增强;中径比1.0d/D1.1对空化现象有促进作用,随着压力增大,促进作用增强.增大喷孔入口圆角半径、中径比,可以提高喷孔内燃油的质量流量,在较高喷油压力时提升效果更为明显.     

柴油机渐缩形喷孔喷嘴流动特性研究

利用混合多相流空穴模型,对柴油机渐缩形喷孔喷嘴进行了三维气液两相流数值模拟,分析了喷油压力、喷油背压及针阀运动对其内部空穴分布、湍动能分布、喷孔出口平均流速及流量系数的影响规律,并与圆柱形喷孔喷嘴进行了对比分析。结果表明：对于渐缩形喷孔喷嘴,喷油压力的提高或针阀开启速度的加快,均可增强喷孔内的空化效应,强化喷孔内的液流紊乱,提高喷孔出口平均流速及循环喷油量,这对于燃油喷射及雾化的改善、柴油机性能的提高都是有利的;随着喷油背压的增加,喷嘴的流量系数虽略有提高,但喷孔内的空化效应、液流紊乱及喷孔出口平均流速均逐渐降低;相同喷射条件或针阀升程下,喷嘴内的空化效应弱于圆柱形喷孔喷嘴,喷孔出口平均流速及流量系数高于圆柱形喷孔喷嘴。     

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。     

柴油机燃油喷雾的三维数值模拟研究

在对柴油机喷嘴建立三维动态网格并对其内部流动进行数值模拟之后,得到喷孔出口的瞬态质量流率,作为后续喷雾模型得出边界条件。把燃油喷射系统内部流动和喷雾结合起来研究,将能更真实地和更准确地反映燃油喷射现象,为柴油机燃油喷射系统技术水平的发展提供强有力的理论依据。     

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。     

双层喷孔喷油器喷油压力对增压柴油机排放影响的研究

双层喷孔喷油器能扩大喷油的空间分布范围,有利于混合气的形成.喷油压力作为此类喷油器的重要物理参数,强烈地影响着喷射燃油的雾化效果,进而对缸内燃油燃烧以及排放特性产生显著的影响.为此,利用三维CFD软件FIRE对一台带双层喷孔喷油器的增压式直喷柴油机进行了缸内燃烧和排放模拟计算;同时,分析研究了喷油压力对缸内三维流场、燃油蒸发、油滴滴径以及NOx和碳烟等的影响规律,并对模拟计算的示功图和排放结果进行了实验验证.计算结果表明,提高喷油压力能促进燃油的缸内蒸发,减小油滴的索特平均直径,提高缸内平均温度,使NOx排放升高而碳烟排放降低.实验结果证明了计算模型的可靠性.     

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。     

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。     

直喷汽油机多孔喷油器喷嘴内部流动数值模拟

采用双流体法应用线性空化模型对某直喷汽油机多孔喷油器喷嘴内部流动形态进行模拟,分析了喷嘴内空化流动发展规律,总结并比较了几种判断空化流动的方法.模拟结果表明:在喷孔内及针阀开启关闭时与阀座缝隙间均发现有空化现象;空化形态不稳定,随时间变化;空化造成喷嘴流量减小流速增大,各孔流量亦产生差异;临界空化数可以有效预测空化现象;GDI多孔喷嘴仅在喷射压力很小而喷射背压很大的分层燃烧方式下有可能不空化.     

垂直多孔喷嘴内部流动空穴现象数值模拟分析

柴油机喷嘴内部空穴流动是影响喷雾特性的重要因素,在对柴油机喷嘴喷孔内部空穴流动现象分析的基础上,利用混合多相流空穴模型对垂直多孔喷嘴完全发展了的空穴流动进行了三维数值模拟,分析了喷油压力、气缸背压及喷孔入口圆角半径与喷孔倾角对喷孔内部空穴分布的影响。验证了低空穴参数对应的空穴层延伸长度较长,喷孔入口锐边过渡会增加喷孔出口液流紊乱,从而加速雾化。     

缩放型喷嘴空化射流空泡云演化规律的试验研究

基于高速摄影技术对缩放型喷嘴进行空化射流试验,以揭示不同进口压力下空化射流流场特性,分析进口压力对空泡云演化规律的影响.结果表明:淹没式空化射流形成的泡云呈周期性变化,即在1个周期内包含空化初生、发展、脱落、溃灭4个不同阶段,并在空泡云脱落时达到最大的空泡面积、密度和宽度.由于随着射流入口压力的增大,喷嘴形成的射流速度加快,在射流边界层内速度梯度增大、射流核心区与伴随流的剪切作用增强,高速射流所产生的空泡云长度、面积和密度均呈增大趋势.同时,随着进口压力的增大,边界层内湍动能增大,加剧了部分流体的不规则运动,导致空泡云边界更加模糊且呈交错分布,空泡云的脱落频率不断增大.研究结果对提高空化射流在金属材料强化和石油钻井、破岩等领域的应用具有重要的理论意义和指导价值.     

缩放型喷嘴空化流动特性的数值分析

为研究空化射流结构及剪切空泡的形成演化,文中采用RANS-LES混合模型方法对一种缩放型喷嘴的空化水射流进行数值模拟计算,对比分析了不同扩张角喷嘴对射流流场的影响以及空泡初生阶段其形态、速度、湍动能等物理量的变化规律.计算结果发现:喷嘴扩张角对空化射流影响较大,当扩张角为60°时其空化性能更优;由于空化射流速度非常高,射流剪切层内存在较大的速度梯度,两侧流体发生频繁的能量交换并产生许多旋涡结构;空化现象最早发生在喷嘴喉管处并逐渐向扩张段及喷嘴出口附近运动发展,空化程度不断增大,不同时刻径向截面内的各参数均沿轴心对称分布,空泡形态呈圆环状,并随着时间推移圆环面积逐渐增大.研究结果对于提高空化水射流性能、拓宽空化水射流应用范围、揭示空化水射流特性等方面具有一定的应用价值及指导作用.     

柴油机喷嘴内空穴流动可视化试验与数值模拟

柴油机喷雾特性除了与气缸内气流运动有关外,也与喷嘴内空穴流动有密切的关系.设计了比例放大多孔喷嘴内空穴流动和喷雾的可视化试验装置,进行了不同燃油喷射压力下喷嘴内空穴现象和喷雾的可视化试验,对所建喷嘴内空穴流动的三维数值计算模型进行了试验验证.采用试验和数值模拟相结合的方法分析了喷嘴内部流动从单相湍流流动发展为空穴流动、超空穴流动的流动特性,得出了喷嘴流量系数与喷射压力及空穴参数之间的关系以及喷嘴内出现空穴现象的临界条件.     

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。     

不同燃料的喷嘴内流动与喷雾形态可视化试验

采用高速可控闪光摄影技术搭建了喷油器喷孔内流动及近场喷雾可视化试验装置,针对柴油、汽油、乙醇柴油、生物柴油4种燃料,对实际尺寸的透明喷油器喷孔内的流动及近场喷雾进行了对比试验研究。试验研究结果表明:所有试验燃料喷孔内均呈现空穴流动,低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料空穴生成时刻更早、空穴强度更强;喷孔空穴强度较大的燃料具有更大的近场喷雾锥角;喷射结束后喷孔内会产生气体倒流现象并形成初始气泡,初始气泡体积随燃料表面张力的减小而增大。同时发现,针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生极大的扰动并影响其流动形态。     

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。     

双流体喷嘴雾化控制特性研究

双流体喷嘴具有雾化效果稳定、显著节能、药量调整范围大和优异的抗堵塞性能等特点,对于提高施药精确性、降低药液浪费和减少环境污染有重要意义。为此,将双流体喷嘴用于猕猴桃园喷雾,使用自主搭建的双流体喷雾试验平台,采用了扇形喷嘴、圆形喷嘴、广角圆形喷嘴3种喷嘴,进行了不同气压下雾化流场的喷雾试验,研究了最佳液体压力恒定的情况下,气路气压的变化对雾化角、贯穿距、流量及压力损失等雾化特性参数的影响。结果表明:扇形喷嘴优于圆形喷嘴和广角圆形喷嘴;随着气压的增大,喷雾的贯穿距先增大后减小;随着气压的增大,雾化角呈现先增大后减小的趋势;随着气压的增大气体流量增大,液体流量减小,气路压力损失较大。对猕猴桃园来说,气压在2.5bar时,选用扇形喷嘴较为适宜,为气液双流式变量喷雾的研究奠定了基础。     

燃料流量与管径对受限空间下微小火焰的影响分析

以小尺度陶瓷管为燃烧器喷管,与陶瓷管同轴的石英玻璃管构造受限空间,采用实验研究与数值模拟相结合的方法分析液体乙醇微小射流火焰特性。实验选择燃料流量为0~2.1 m L/h,采用的陶瓷管包括内径为1.0 mm和0.6 mm两种。结合火焰燃烧过程所涉及的特征参数,包括液滴高温蒸发率、无量纲热损失、熄火直径等,分析了不同燃料流量、燃烧器喷管内径等对微火焰稳定性、温度、形态等的影响。液体乙醇流量从零开始增加,整个变化过程会经历5个阶段,同时微火焰温度升高。而燃烧器喷管内径减小时,火焰逐渐变小。研究结果表明在稳定燃烧阶段,随着乙醇燃料流量的增加,燃料整体高温蒸发量增大,微火焰温度升高、火焰高度增大;随着燃烧器喷管内径减小,无量纲热损失增大,微火焰温度降低、火焰高度减小。适当调整燃料流量和燃烧器喷管内径有利于增强火焰稳定性。     

不同空化数下水泵水轮机相关特性数值计算与分析

为了研究不同空化数下的空化特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机作为研究对象,采用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型对不同空化数下的全流道进行了非定常数值计算,并且结合实验结果进行了对比验证。分析了不同空化数下中间流面的湍动能分布和空泡在叶片上的分布规律,探讨了空泡分布区域与转轮内叶道涡之间的相互关联。研究结果显示:水泵水轮机在泵工况下运行时,其无叶区有较明显的湍动能存在,并且湍动能分布比较明显,呈现出不规则的环状分布;叶片的空泡分布主要在叶片的吸力面,且叶片吸力面的湍动能高于压力面;转轮内部的叶道涡主要产生在靠近叶片吸力面且靠近转轮出口处,叶道涡的大小和数量与叶片上的空泡分布存在一定的相关关系,空泡的产生导致了流道的不畅,加剧了涡的产生。