高压共轨大功率柴油机喷油嘴内部两相流动仿真研究

用AVL-FIRE软件建立了TBD234V6高压共轨大功率柴油机喷油器喷嘴内部流动的仿真计算模型;研究了共轨大功率柴油机喷油器主要结构参数,包括喷孔直径、喷孔个数、喷孔长径比、喷射夹角等,对燃油在喷嘴内部流动的影响。分析表明：喷嘴结构参数不同会使各喷孔内气穴产生的时刻、分布区域以及强度不一致,最终影响各喷孔的流量特性,...     

高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态模拟

建立了船用柴油机高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态计算模型,采用AMESim模拟计算结合高压共轨燃油系统平台试验的方法对高压共轨燃油喷嘴空穴流动进行研究.研究结果表明:该方法可以较为准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;非稳态模拟可以较好地反映燃油喷射压力的波动对喷嘴内部压力分布和喷孔中燃油喷射速度的影响;在高压喷...     

柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态模拟

以船用高压共轨燃油喷射系统及其匹配的电控燃油喷嘴为对象,建立了柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态计算模型。采用高压共轨燃油系统平台试验结合AMESim模拟的方法,对柴油高压喷嘴的空穴流动进行研究。研究结果表明:该方法可以较准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;电磁阀脉宽、喷孔数、喷射压力和喷孔直径对燃油喷射过程的影响较显著,喷孔夹角和长径比的影响较小;为了满足匹配发动机的功率需求,当喷孔直径为0.36mm时,喷孔数应为9～10,当喷孔数为8时,喷孔直径应为0.38～0.40mm。     

喷油压力波动对喷嘴内空穴发展影响的CFD分析

柴油机喷嘴内部空穴流动是造成喷孔出口燃油初次雾化的重要原因之一,影响喷雾特性,进而影响柴油机的燃烧及排放性能.而实际柴油机喷油系统中的喷油压力往往存在波动,使得喷嘴内部空穴流动现象更为复杂.针对垂直多孔喷嘴,利用混合多相流空穴模型,进行了喷嘴内部气液两相瞬态流动的三维数值模拟,深入分析了不同频率及不同波形的入口压力波动对喷嘴内部流动空穴发展过程的影响.分析得出,空穴有其自己的时间和长度尺度.     

柴油耦合喷嘴内空化流动对近场喷雾影响的模拟

柴油机共轨压力的提高使空化现象快速发生而影响柴油近场喷雾的初次破碎,进而对后续燃烧和排放产生作用.因此搭建了单孔柴油喷油器内外流耦合喷嘴三维数值模型,并进行了验证.在此基础上,模拟研究了针阀开启初期不同喷油压力下空化流动对近场喷雾特性的影响.模拟结果表明,喷孔内空化发展经历了3个阶段:单相流区(Fv<0.3%)、空化发展区(0.3%21%),且空化发展中会伴随云空化的产生.喷油压力越大,空化初生时间越早,发展速度越快.进入超空化区后,空化气泡溃灭最先引起近场喷雾上游的主液柱区的破碎,破碎区逐步向喷雾下游延伸.空化引起喷雾破碎粒径减小,液滴数增加.空化使得喷雾径向速度增大,径向扩展能力增强,使得喷雾锥角增大.空化区涡值大,旋涡结构小且旋转强度大,进入喷射腔后增强了对喷雾的扰动,使得喷雾液芯变细,促进了液芯外侧的喷雾破碎.     

喷油器喷孔结构对循环喷油量一致性的影响

针对柴油机高压共轨喷油器不同的喷孔结构参数,开展了喷油流量的一致性仿真和试验,分析了不同轨压情况下喷孔锥度(k系数)、入口圆角半径对喷油器循环喷油量的影响以及不同轨压、脉宽情况下喷孔结构对循环喷油量一致性的影响.结果表明:增大喷孔k系数和入口圆角半径可以有效抑制孔内空化现象,增大喷孔流量系数,从而增大喷油器循环喷油量;在喷孔结构相同时,增大轨压或喷油脉宽可以减小喷孔内压力波动对循环喷油量一致性的影响;增大k系数和入口圆角半径可以减小因空化现象造成的压力波动,使喷孔内部燃油压力分布更均匀,提升循环喷油量一致性.     

喷嘴结构对电控喷油器喷油规律影响的试验研究

在喷油泵综合实验台上采用先进的EFS瞬时喷油量测量仪,对8套不同结构参数的共轨喷油器喷嘴进行了喷油规律的测试,研究了喷孔数、喷孔直径、喷孔长度以及喷孔夹角等参数对喷油规律的影响。     

柴油机喷嘴喷孔内气液两相湍流场三维数值模拟

柴油机喷嘴内部空穴流动是影响喷雾特性极为重要的因素。在开发了喷嘴流动区域三维实体参数化生成软件的基础上,对完全发展了的空穴流动建立起三维空穴两相流动数学模型,提出将计算区域的出口边界延伸至气缸内部,以减小出口对喷孔内部求解区域的影响。对多孔垂直喷嘴进行了喷孔内部空穴两相湍流流动的三维数值模拟,得出喷嘴内部燃油流动的压力降基本发生在喷孔入口处,喷孔入口锐边过渡,使得该处必定出现空穴现象,且会延伸至喷孔出口,增加液流紊乱,引起燃油在喷孔出口的初次雾化。     

柴油机不同类型喷嘴内部空化流动特性的研究

柴油喷嘴内部空化效应是燃油液体射流雾化的重要原因之一。针对目前发动机上广泛采用的SAC型和VCO型两种柴油机多孔喷嘴,运用基于欧拉多流体法的多相流模型,通过全自动网格生成技术,对二者进行了多维数值模拟。将空化模型应用于数值模拟中,全面分析了喷射压力、喷孔背压、喷孔入口圆角半径和喷孔倾斜角等参数对喷孔内部空化流动及出口流量的影响。结果表明,增大喷射压力容易促使空化的发生,压力较大时,SAC型喷嘴出口流量变化不如VCO型的大;出口压力对空化起到抑制作用,减小出口压力有利于空化的形成,有助于喷孔出口燃油的雾化;喷孔入口圆角半径和倾斜角的增大,使得孔内流动变得更加顺畅,燃油蒸气体积变小,出口流量增加。所以孔内空化效应对缸内喷雾过程尤其是燃油液体射流的初始破碎的影响不容忽视。     

高压共轨柴油机喷嘴内空化流动仿真分析

应用AVL FIRE软件对某高压共轨柴油机喷嘴内流动进行了仿真计算,获得了不同喷孔入口圆角和倾斜角下喷嘴内空化流动情况。计算结果显示:喷孔入口圆角的增大对喷孔流量系数和出口平均流速影响较小,但会显著降低出口气相体积分数。减小喷孔倾斜角会使流量系数和出口平均速度有小幅增加,出口气相体积分数降低明显,且使出口速度分布趋于均匀。     

喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放影响的仿真研究

为研究喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放的影响,应用三维CFD软件对采用3种不同喷孔方案的某船用柴油机燃烧流场和排放进行了数值计算,计算的缸内示功图与实测结果基本吻合.模拟得到了不同喷孔方案下的燃油液滴分布、流场分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和Soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率.对比分析表明:喷孔直径和数目影响燃油雾化和蒸发,影响油气混合质量,进而影响NOx与Soot的排放.通过综合考虑动力性、经济性和环保性,选择喷孔孔数为8、喷孔直径为0.37 mm的喷孔方案为最优方案.     

Numerical study of the impact on high-pressure and evaporating spray behavior of nozzle cavitation at typical diesel engine conditions

In order to more accurately reproduce diesel sprays a strategy including measurement of nozzle inlet pressure at the realistic diesel injection condition, modeling of nozzle cavitating flow and detailed coupling of nozzle exit flow and spray was presented, moreover, the validity of this strategy was firstly verified against the quantitative spray data obtained by planar laser induced exciplex fluorescence (PLIEF) technique. Based on the above strategy, the effect of cavitation phenomenon on spray formation at the typical diesel engine condition was further evaluated. The final numerical results mainly clarified that the contribution of cavitation phenomena to primary breakup is quite appreciable, and subsequently the evolution of the high-pressure and evaporating diesel spray structure greatly changes as cavitation occurs inside fuel injection nozzles. Moreover, evaluating the effects of cavitation phenomena on realistic diesel spray cannot be only confined to primary breakup or near-nozzle field.     

利用PLIEF技术对重型柴油机类似环境条件下柴油喷雾特性和浓度场的定量研究

利用复合激光诱导荧光技术在定容弹内定量研究了环境温度、环境密度、氧浓度等对重型柴油机类似环境条件下柴油喷雾特性和浓度场的影响。试验中,环境密度为20～100kg/m3,氧浓度为15%～21%,喷油压力为100～220MPa。研究发现,提高环境密度,最大液核长度显著缩短;减小喷孔直径,液核最大长度呈线性下降。降低环境温度或提高喷油压力可以弥补减小喷孔直径或提高环境密度对贯穿距离的影响。在增加充分发展期气相喷雾稀混区燃油比例方面,减小喷孔直径、降低环境温度、提高环境密度和提高喷油压力具有相互替代性。     

基于气液两相流大涡模拟研究柴油喷射的雾化过程

采用气液两相流大涡模拟对燃油雾化过程进行数值模拟.通过建立不同的计算边界研究了喷油器结构对喷孔内流及近喷孔区域燃油雾化特性的影响.在对比分析射流结构和喷孔内外流计算结果的基础上,讨论了射流初始扰动的产生机理及燃油雾化机理.根据计算结果发现:喷油器结构对喷孔内流有重要影响,实际喷油器的复杂结构会使燃油在离开喷孔前发展为湍流,湍流是导致初始扰动具有复杂频率和振幅组成的原因.边界突变是产生喷孔出口区域轴对称初始扰动的原因,该类型初始扰动具有单一的频率和振幅.     

Numerical study on the formation of Taylor bubbles in capillary tubes

Numerical simulations have been carried out for the transient formation of Taylor bubbles in a nozzle/tube co-flow arrangement by solving the unsteady, incompressible Navier–Stokes equations. A level set method was used to track the two-phase interface. The calculated bubble size, shape, liquid film thickness, bubble length, drift velocity, pressure drop and flow fields of Taylor flow agree well with the literature data. For a given nozzle/tube configuration, the formation of Taylor bubbles is found to be mainly dependent on the relative magnitude of gas and liquid superficial velocity. However, even under the same liquid and gas superficial velocities, the change of nozzle geometry alone can drastically change the size of Taylor bubbles and the pressure drop behavior inside a given capillary. This indicates that the widely used flow pattern map presented in terms of liquid and gas superficial velocities is not unique.     

基于欧拉多流体模型对喷嘴内流和射流破碎的研究

在Open FOAM的框架下,采用多流体模型和大涡模拟方法研究不同背压对喷嘴内流和射流破碎的影响.利用已修正的空化模型考虑了空化现象,利用界面压缩法对两相界面进行捕捉,进而分析燃油的一次破碎过程.结果表明:降低背压有利于喷嘴内部空化的形成与发展,但会导致喷嘴喉部有效流通面积减小,流动阻力增加,质量流量降低.射流破碎中气/液相界面处气/液两相存在很大的速度差,导致产生很强的阻力,大大促进了一次破碎过程中主喷雾区和蘑菇头的破碎.背压越高,空气密度越大,则燃油受到的阻力越大,液柱破碎越剧烈且射流破碎角越大.因此,同时提高喷射压力和背压可以促进燃油与空气的混合,也可以有效抑制空化来避免空蚀现象以及流量系数降低,从而延长喷嘴的使用寿命.     

船用大功率柴油机共轨管设计仿真与试验研究

现代柴油机高压共轨系统中共轨内压力的动态波动会直接影响燃油喷射系统的喷油规律,而共轨管是压力波动的重要因素。运用AVL公司的HYDSIM软件建立了高压共轨喷射系统模型,以稳定共轨管内的压力和满足系统启动为出发点,进行了共轨管的匹配设计,分析和计算了高压共轨管的容积、共轨管长度和内径,以及根据系统需求,对共轨管的外径进行了计算。     

压力室结构对断油阶段空化及气体倒流的影响

断油阶段的空化现象对喷油间隔期的流场有重要影响,空化引起的高温燃气倒流会造成孔内结焦,进而影响缸内射流雾化.基于可视化试验和流体体积(VOF)方法两相三组分多相流求解器,对柴油喷嘴断油阶段的流动过程进行试验和模拟,分析3种不同压力室壁面曲率结构的喷嘴对断油阶段空化及气体倒流的影响.结果表明:在断油阶段喷孔和压力室依次发生空化现象,其中压力室内空化量较大,并呈现为涡空化和带状空化两种形态,壁面曲率小的狭直结构以带状空化为主;压力室结构较为狭直的喷嘴空化体积变大,但其低压持续时间延长使柴油流出量变小,最终导致倒流气体量下降;在发生涡空化时,速度梯度张量第二不变量Q与涡空化体积呈正相关,涡核区域越小则流场中磨擦耗散越少,越易于压力室内空化的形成.     

喷油嘴喷孔内部空穴两相流动数值模拟分析

在柴油机喷油嘴喷孔内部空穴流动现象分析的基础上。建立了完全发展了的空穴流动的二维气液两相流空穴模型，并进行了喷孔内部气液两相流数值模拟。计算结果与国外已有实验数据的对比表明所建模型是正确的，在此计算模型框架下分析了喷孔上下游压差和喷孔入口圆角半径、喷孔直径和长度等几何特征参数对喷孔内空穴区域分布的影响，进而分析了对喷雾特性的影响。     

基于GT-Suite的4缸柴油机共轨管结构参数的优化研究

为了改善柴油机的燃油喷射性能,降低共轨压力波动,提高其动力性,本文分析了柴油机共轨管容积与压力建立时间及压力波动量的关系,研究了共轨管容积及其影响因素,基于GT-suite建立了四缸柴油机燃油共轨系统模型并进行了仿真,根据共轨管容积与压力建立时间及压力波动量的关系的仿真结果,确定了共轨管的最优容积,根据共轨管长径比和压力波动量的关系的仿真结果建立了轨压适应度函数,并根据轨压适应度与共轨管长径比的关系确定了最优共轨管内径,为共轨管的设计提供理论依据。