柴油机喷孔内空化过程及影响参数的试验研究

柴油喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,影响燃油的流通,因此研究喷孔内燃油空化过程具有重要的意义。在比例放大透明喷孔可视化试验台架上,完成了不同进出口压力下的喷孔流动特性试验,研究了喷孔内的空化规律和对喷孔内流率特性的影响。试验结果表明：当固定入口压力时,随着出口压力的降低,在无空化阶段,流量系数基本不变;当出现空化进入空化发展阶段,空化增强并向出口方向发展,质量流率继续增加,流量系数有所下降;在空化饱和阶段,质量流率不再增加,流量系数加速降低;喷孔的入口压力不影响空化初生和空化饱和对应的临界空化数;喷孔直径不影响空化初生点,但影响空化饱和点,喷孔直径越大,越难达到空化饱和,对应的临界空化数越小;喷孔长度影响空化初生点和空化饱和点,喷孔长度越长,越难发生空化,也越难达到空化饱和,对应的空化初生和空化饱和的临界空化数越小。     

再生式液体发射药火炮喷嘴内空化流动研究

为研究再生式液体发射药火炮喷嘴内部空化效应对射流雾化的影响,针对常用喷嘴结构建立了Euler多相流模型和空化模型,研究了喷嘴内部的空化流动现象,分析了喷嘴结构形式、内部倾斜角和喷射压力对喷嘴内部空化流动与喷嘴出口流动状态的影响规律。结果表明:RNG k-ε湍流模型比k-ε湍流模型更适于分析喷嘴内的空化流动现象; 圆柱形和圆锥形喷嘴内部均发生空化流动现象; 增大圆锥形喷嘴倾角导致空化增强,气液掺混区域变大,但流动速度受阻; 大于10 MPa的喷射压力有利于形成稳定的空化流动。研究结果为优化喷嘴结构设计提供了理论依据,为进一步研究射流在燃烧室内的破碎、雾化、蒸发和燃烧过程提供了上游边界条件。     

耦合内部流动的喷孔积碳对柴油机喷雾影响研究

针对柴油机喷油器喷孔积碳大小及分布特点,建立了喷孔积碳条件下的内部流动模型,利用流体体积法计算了喷孔积碳对内部流动的影响。耦合内部流动计算结果,结合KH-ACT喷雾破碎模型,建立了定容喷雾模型,计算了喷孔积碳对喷雾特性的影响。利用喷油泵试验台架,通过喷油规律试验、喷雾试验对内部流动模型以及喷雾模型进行了验证。研究结果表明：喷孔内部积碳导致喷孔内部流动速度减小、空化效应减弱,造成喷雾贯穿距减小、索特平均直径减小;喷孔出口积碳导致喷孔内部流动速度增加、空化效应增强,但对喷雾贯穿距影响较小,索特平均直径在喷射初期有所增大,喷射后期变化较小。     

对置活塞二冲程柴油机双喷油器碰撞喷雾试验研究

为了获得良好的混合气,保证燃烧室形状、喷雾特性及缸内气体流动之间有良好的匹配,针对对置活塞二冲程柴油机燃烧室的喷雾特性,使用纹影法结合图像处理技术分析了喷油器布置方案、喷射压力、定容弹弹体压力和喷油持续期对油束贯穿距离及喷雾空间扩散率的影响。研究结果表明：在喷射压力75 MPa、弹体压力2 MPa、喷油持续期1.5 ms的工况下,双喷油器布置方案与单喷油器布置方案相比,空间扩散率更高,更有利于燃油的雾化;喷射压力的提高有利于燃油在空间的扩散,但近壁区内分布的燃油会随着喷射压力的提高而增加,造成“湿壁”现象;弹体压力过小会使油雾在壁面附近形成浓混合气区域,过大的弹体压力又会使燃油更多集中在中心区域;随着喷油持续期的增加,油束贯穿距离和空间扩散率的增加越来越不明显。     

高压共轨柴油机喷油系统性能仿真研究

对高压共轨喷油系统高压油泵、共轨管、电控喷油器等进行了分析,建立了高压共轨喷油系统数学模型;采用GT-FUEL以燃油流动过程为基本流动模型建立了高压共轨喷油系统仿真模型;对高压共轨喷油系统进行了台架试验,对试验结果进行了分析,并对仿真模型的计算精度进行了验证,误差在8.1%以内.     

高压共轨喷油器喷嘴内部流动的数值模拟

由于试验和测量条件的限制,采用计算流体动力学的方法,以某型高压共轨喷油器喷嘴为对象,分别研究了喷嘴入口压力、喷孔轴线与针阀轴线夹角、喷孔入口倒圆大小对于喷嘴内部流动特性的影响规律,为喷嘴结构的设计和改进以及燃烧系统的优化匹配提供依据。     

柴油机喷油器喷孔积碳对喷雾影响研究

在定容弹中进行了柴油机喷油器冷态喷雾特性试验,对比分析了积碳喷油器和新喷油器在不同喷射条件下的喷雾贯穿距和喷雾锥角。试验结果表明：喷油器喷孔积碳后,喷雾贯穿距和喷雾锥角减小,喷射初期差距较大,喷射后期差距缩小;喷射压力越大,喷雾贯穿距和喷雾锥角下降越明显。利用光学显微镜观察喷孔出口积碳发现,喷孔出口积碳分布在喷孔外沿,改变了原有的出口结构。利用流体体积方法,对喷孔内部流动进行数值仿真计算,分析了孔内积碳、出口积碳以及喷孔增长对喷孔内部流动的影响。计算结果表明：孔内积碳、出口积碳、喷孔增长导致喷孔内部空化效应减弱,出口质量流量、速度、湍动能下降,油束雾化质量变差,出口积碳影响作用更大。     

柴油机电控燃油喷射装置的现状与发展趋势

未来柴油机的燃油喷射装置需不断提高喷油压力、优化喷油定时和喷油规律, 机械控制式喷油系统已很难完成这种复杂的调节和控制, 采用电子控制技术是燃油喷射装置发展的必然趋势． 本文阐述了直喷式柴油机电子控制燃油喷射装置的现状和产品发展．目前世界上各大公司都在开发喷油压力高于１００ ＭＰａ 的高压电控喷油系统． 电子控制泵喷嘴系统由于具有很高的喷射压力, 可实现喷油正时、喷油量和喷射速率的最优控制, 尤为各国青睐     

柴油机电控燃油喷射装置的现状与发展趋势

未来柴油机的燃油喷射装置需不断提高喷油压力、优化喷油定时和喷油规律,机械控制式喷油系统已很难完成这种复杂的调节和控制,采用电子控制技术是燃油喷射装置发展的必然趋势,本阐述了直喷式柴油机电子控制燃油喷射装置的现状和产品发展,目前世界上各大公司都在开发喷油压力高于100MPa的高压电控喷油系统,电子控制泵喷嘴系统由于具有很高的喷射压力,可实现喷油正时、喷油量和喷射速率的最优控制,尤为各国青睐。     

高压油管结构对电控单体泵燃油系统性能的影响

利用复杂系统建模与仿真AMESIM软件建立电控单体泵燃油系统一维液力仿真模型,并进行了试验验证。通过对不同高压油管结构参数的燃油系统进行仿真研究,分析高压油管长度、内径及内壁粗糙度对单体泵供油压力、喷油压力及循环喷油量等燃油系统性能参数的影响。结果表明,高压油管结构变化引起系统高压容积、流通阻力、节流损失、流动损耗的综合作用是影响系统性能的主要原因,油管长度过长或内径过小会引起系统性能不规律变化。     

滑片泵进出口压力对其内流特性影响的数值模拟

为了研究滑片泵进、出口压力对其内流特性的影响,采用计算流体力学软件Star-cd对某一航空发动机的滑油泵内部流场进行了数值模拟,利用Star-cd用户子程序功能调用自编程序,实现滑片泵运动区域的网格重构和叶片与定子间隙的网格生成,空化模型选择Rayleigh模型,湍流模型选择 Menter SST k-ω模型,计算得到了滑片泵在不同进、出口压力状态下的流量。对计算结果分析表明：滑片泵在工作过程中,瞬态进口流量波动较小,而出口流量有较大的波动;进口压力增加,空化区域减小,流量明显增加;出口压力增加,从压油区回流到封油区的流量增加,空化的溃灭速率增大,使得流量减少,但减小幅度不大。计算结果为滑片泵的优化设计提供了参考依据。     

高压共轨喷油器针阀开启与关闭过程规律研究

高压共轨喷油器的针阀运动规律直接决定了喷油规律和雾化效果,决定针阀运动规律的因素对改进喷油器结构以及提升雾化效果有着重要意义。自行搭建了高压共轨喷油器仿真模型;该计算模型对喷油器的控制油路中进出油节流孔和球阀区域处,有空化和无空化两个阶段的流量系数进行了优化;结合喷油器的理论分析与试验验证,研究了喷油器针阀的运动规律。结果表明：针阀开启过程分为2个阶段,第1阶段开启缓慢,第2阶段开启迅速,针阀关闭过程只有1个阶段;导致针阀开启过程出现2个阶段是由于喷油器控制室内泄油过程的节流位置由球阀开启处转到了回油节流孔;针阀关闭过程为1个阶段是由于球阀与阀座形成的间隙对控制室内回油过程起主要节流作用;轨压主要对针阀开启第2阶段有影响,而对针阀开启第1阶段与关闭阶段影响很小;随着轨压的升高,针阀开启第2阶段开启速度加快,当轨压达到一定值时,针阀开启第2阶段不再变化。     

轴向柱塞泵空化时气相动态演进过程及影响

针对轴向柱塞泵在工作过程可能出现的空化现象进行研究。目前使用的稳态流体模型在计算流体属性（密度和体积弹性模量）时没有考虑气体演进的动态特征。针对此问题,提出一种动态流体模型,该模型考虑液压油中气体（空气）的动态演进过程,包括气体的产生、消解以及在不同控制体积之间的输运和分布。应用此模型到轴向柱塞泵的压力流量特性仿真中,分析了气体影响泵特性的内在机理。分析结果表明：稳态流体模型会低估空化对泵出口流量和压力的影响,而动态流体模型从本质上揭示了空化时泵出口流量压力脉动的增加以及平均流量的降低是因为气相对流体可压缩性的改变。     

环形燃烧室中凹腔对C2H4/Air旋转爆轰流场影响的数值模拟

为研究环形燃烧室中凹腔对旋转爆轰流场的影响,通过在开源计算流体动力学软件OpenFOAM框架内求解Navier-Stokes方程,对C₂H₄/Air旋转爆轰燃烧室（RDC）进行三维数值模拟研究。保持进气总压为0.6 MPa,分别在总温300 K、600 K和800 K条件下对比同轴圆环形和凹腔基环形两种构型RDC的主要流场特征,研究凹腔对旋转爆轰波传播特性的影响,定量分析不同热释放速率下消耗的燃料占比,对比了不同热释放速率下消耗的燃料比例。结果表明：对于凹腔基环形RDC,在凹腔内存在回流区,导致在凹腔上游流速缓慢,但在凹腔收缩段流动明显加速,RDC出口的面平均马赫数大于与之对应的同轴圆环形RDC;受燃料向RDC出口和凹腔内壁方向侧向膨胀的影响,相对于同轴圆环形RDC,爆轰波在凹腔基环形RDC中传播时具有更高的速度亏损;部分新鲜燃料与燃烧产物在凹腔内混合,提高了爆轰波波前反应物的温度;在相同进气条件下,同轴圆环形RDC以爆轰形式消耗的燃料占比更多。所得研究结果对RDC的结构设计和优化具有一定的指导意义。     

燃用生物柴油对柴油机喷射过程的影响

通过测试不同工况下的高压油管嘴端压力和喷油器针阀升程,研究了不同配比生物柴油对柴油机喷射过程的影响.实验研究表明:在供油提前角、转速和负荷相同的情况下,随着燃料中生物柴油含量的增加,高压油管最大喷油压力增加,喷射延迟期和喷射持续期变长,导致循环喷油量增大.     

液体火箭贮箱出流口防塌陷仿真分析

为了分析防塌陷装置的效果及影响,采用流体动力学软件Flow3D开展液体火箭贮箱出流口防塌陷仿真研究。仿真结果表明,倒锥防塌陷装置通过减小中心区域与近壁区域的速度差,可以有效延迟发动机工作末期出流口塌陷夹气的出现;倒锥位于箱底的位置显著影响防塌陷效果,随着倒锥装置上移防塌陷效果逐渐降低,但同时会使局部最低静压升高,有利于防空化设计,设计中需要综合考虑防塌陷和防空化要求选择合适的倒锥高度;通过仿真模型验证了地面缩比试验模拟飞行工况的有效性。     

幂律型煤油凝胶在不同几何构型管道的流动特性数值研究

为了优化煤油凝胶供给管道和锥形喷注器设计,构建出幂律流体的二维/三维稳态层流的求解方法,采用基于FLUENT平台的SIMPLE算法进行求解,开展煤油凝胶的流动特性数值研究。推导出了推进剂在直圆管中各参数的解析解以及层流的动能修正系数。研究结果表明：直圆管的柱塞流区域在管径不变时是固定的;为降低喷注器出口截面的平均表观粘度,需减小出口段长度;喷注器的收缩角选择在40°左右是较为合理的;弯管内存在双涡旋形式的二次流,且剪切速率和表观粘度的非对称性比速度的非对称性显著。为了优化煤油凝胶供给管道和锥形喷注器设计,构建出幂律流体的二维/三维稳态层流的求解方法,采用基于FLUENT平台的SIMPLE算法进行求解,开展煤油凝胶的流动特性数值研究。推导出了推进剂在直圆管中各参数的解析解以及层流的动能修正系数。研究结果表明：直圆管的柱塞流区域在管径不变时是固定的;为降低喷注器出口截面的平均表观粘度,需减小出口段长度;喷注器的收缩角选择在40°左右是较为合理的;弯管内存在双涡旋形式的二次流,且剪切速率和表观粘度的非对称性比速度的非对称性显著。