喷油器结构对喷雾特性影响计算分析

将喷油嘴内部空穴流动和喷雾计算耦合在一起,首先利用一维液力计算结果为边界进行了喷油嘴内部流动计算,然后将喷油嘴内部流动计算结果作为边界条件进行喷雾模拟,包括计算所得到喷孔出口处的速度、空穴、湍流动能等,通过此方法研究了喷油器结构参数,如控制腔进油孔、出油孔和控制腔容积、针阀弹簧预紧力、控制活塞直径对喷雾特性的影响规律,结果表明:控制腔进油孔、出油孔和控制活塞直径对喷雾特性影响较大。     

基于动量控制的GDI喷油器针阀防反跳结构分析

过大的针阀落座反跳会导致汽油缸内直喷(GDI)喷油器头部燃油泄漏或二次喷射,因而必须对其反跳幅度进行控制。本文分析了GDI喷油器针阀的运动规律及落座反跳的影响因素,在此基础上提出了2个降低反跳的新结构。采用AMESim软件建立了计算模型,对2个新结构方案进行计算分析。结果表明,新的结构方案可有效抑制运动件的落座反跳;通过动量控制的方法,降低运动件质量可显著减小反跳幅度。     

柴油机喷油器喷孔空泡雾化的研究

作者对柴油机喷孔空泡雾化的特性进行了研究，分析了喷孔内空泡产生的机理，并建立了计算模型。该模型考虑了喷射压力、喷孔几何结构、燃烧室条件、孔内流动损失与空穴因素，为喷雾的多维模拟提供了准确的初始条件。三维数值模拟计算结果表明，空泡雾化促进了喷孔出口液核的分裂，加剧了喷束的二次雾化，以考虑空雾化模型为计算初始条件，其在喷射速度、液滴尺寸（SMD）和贯穿距的计算结果更符合实际喷雾测量。     

交叉喷孔喷油嘴喷雾特性的试验

设计加工了交叉喷孔的喷油嘴,进行了喷孔尺寸检测和喷油规律的试验,以及不同孔径和角度交叉的喷雾特性的试验.小角度交叉试验中,相同孔径的喷雾贯穿距离最小,喷雾锥角最大.交叉的上孔孔径越大,角平分线和重心的位置角度越大,即越靠近上平面.相同孔径改变交叉角度的试验中,大交叉角度时随着交叉角度的增大,贯穿距离减小,喷雾锥角增大,而且贯穿距离小于单孔喷雾,喷雾锥角大于单孔喷雾.小交叉角度双孔喷雾的贯穿距离大于单孔喷雾,而喷雾锥角与单孔喷雾基本相当.交叉喷雾特别是大交叉角度在喷雾开始和结束的时候,喷雾会出现摆动现象,下面的孔在开始和结束段起主要作用.下层喷孔入口处对应的压力室内的压力较大是主要原因.单孔喷雾的角平分线和重心的位置角度要比喷孔几何中心对应的角度大2°,将有助于喷油嘴和燃烧室的配合设计.     

GDI发动机喷雾特性的数值模拟和试验

汽油直喷发动机高压燃油喷射系统与燃油经济性和废气排放等密切相关,通过试验和数值模拟对高压喷油系统和旋流喷油器的喷雾特性进行了研究.在不同喷射压力、背压压力条件下,利用高速摄像机对喷入定体积容器的喷雾进行了喷雾贯穿距离和喷雾锥角参数的测量.结果表明:在低背压压力下,喷雾呈现出空锥、较大范围的分布形态,有利于实现燃油与空气的均质混合;在高背压条件下,喷雾呈现出紧凑密集的分布形态,有利于实现燃油与空气的分层混合.获得的贯穿距离经验公式与试验测量值在一定范围内是一致的.基于AVL HYDSIM环境建立了一维高压喷油系统模型,模拟得到的针阀升程与试验获得的图像在时间上具有一致性.     

基于喷油器特征的缸内直喷汽油机混合气形成过程数值模拟

建立了多孔喷油器的一维仿真模型,对不同喷油压力下的喷油参数进行了计算,并详细分析了喷油器针阀开启和关闭时单孔喷雾锥角及喷孔出口有效流动面积的变化。以10 MPa喷油压力下的喷雾计算结果为边界,用FIRE软件模拟了定容喷雾并对其数值模型进行了标定,进而以一2.0 L涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,分析了喷油时刻对缸内混合气形成的影响。结果显示,在5 000 r/min全负荷工况下,喷油时刻为400℃A时形成的混合气更能满足燃烧和发动机性能的要求。     

缸内直喷汽油机燃油喷雾特性影响因素试验研究

在喷雾试验装置基础上,利用高速摄影技术研究了喷射压力、背压、喷油脉宽对缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾特性的影响。     

喷孔流动模型及其对高压喷雾计算的影响

对喷孔内液体的流动进行了较为深入的研究，分析了喷孔内空穴产生的机理，建立了相应的流动模型。在该流动模型中，考虑了喷油压力、喷孔几何尺寸、流动因素以及喷雾背压的影响。利用此流动模型并联合KIVA程序对柴油和二甲醚(DME)的喷雾贯穿距和喷雾锥角等喷雾特性进行了模拟计算，并与实验结果进行了对比，结果表明：考虑喷孔内燃油流动过程中空穴的产生，能更真实地反映燃油的喷雾特性。     

超多喷孔喷油嘴喷雾特性试验研究

采用高速CCD数码相机对超多喷孔喷油嘴以及传统喷油嘴的喷雾进行拍摄分析,发现超多喷孔喷油嘴的上下两层喷雾束,在离开喷孔后不久就相互碰撞,与传统喷油嘴相比其喷雾贯穿距离要短、单束喷雾锥角要大,这些特性有利于柴油机组织缸内预混合燃烧.     

船用电控喷油器喷雾宏观特性研究

利用定容弹及高速摄影,采用阴影法拍摄了喷雾图像,研究了喷射压力、环境气体密度对喷雾贯穿距及雾化锥角的影响。试验结果表明:随着喷射压力增大,喷雾贯穿距增大,雾化锥角变化不明显;随着环境气体密度的增大,喷雾贯穿距减小,雾化锥角增大。     

喷孔直径对喷雾碰壁特性的影响研究

利用单孔喷嘴高压共轨喷油器,以喷油器油量标定数据及控制参数为基础,在定容燃烧弹上,采用纹影和高速相机成像技术,在等喷油量变喷孔直径的前提下,测量了液相碰壁喷雾的半径(liquid-phase impingement spray radius,RL)、高度(liquid-phase impingement spray height,HL)、面积(liquid-phase impingement spray area,AL)和气相碰壁喷雾的半径(vapor-phase impingement spray radius,RV)、高度(vapor-phase impingement spray height,HV)、面积(vapor-phase impingement spray area,AV)参数的变化规律,对比了喷油结束时刻及喷油结束之后的碰壁喷雾特性。结果表明:在定油量条件下,喷雾喷油结束之前的增长速率高于喷油结束之后。喷孔直径越大,喷雾扩散速率越大,喷油持续期越短,但喷油结束之后RV的扩散速率与孔径关系不大。喷油结束时刻,随着喷孔直径的增加,RL、RV、HV、AV、纯气相面积(pure vapor-phase impingement spray area,APV)不断降低,HL、AL不断增加。除此之外,RV与RL相近,而HV远大于HL。     

音圈电机喷油器结构参数对喷油性能的影响研究

为了研究音圈电机(voice coil motor,VCM)喷油器特性,利用AMESim软件建立音圈电机喷油系统的一维液力仿真模型,并验证了其准确性。通过对不同喷油器结构参数的仿真研究,分析了喷油器柱塞和针阀的结构参数对喷油压力、动态响应特性及流量特性的影响规律。结果表明喷油器结构参数的变化对针阀动态响应性、喷油压力、循环喷油量等喷油性能参数具有重要影响,柱塞的质量、弹簧刚度过大或者针阀质量过小,都会造成系统的不稳定。     

共轨柴油机不同喷孔形式对燃油喷雾及燃烧特性的影响

采用CFD软件,基于欧拉法和拉格朗日离散法分别模拟喷油器内部流动及喷射特性,并将喷射计算结果导入燃烧模型实现联合仿真。仿真计算不同喷孔形式的喷射特性,得到了其内部速度、压力、气相体积分数(空穴)及喷雾场。仿真结果表明:在相同轨压下,小孔径喷孔油滴速度较大、贯穿距长、喷雾锥角小;燃烧湍流动能大,且较多soot打在气缸盖上,影响柴油机的可靠性。     

汽油机缸内直喷喷嘴结构参数对雾化特性的影响研究

为了改进缸内直喷汽油机用电磁涡旋式喷嘴的喷雾特性,对喷嘴孔径、螺线管电阻和涡旋片等结构参数进行了优化设计,并在喷雾试验台上对燃油质量流量、喷雾发展过程、喷雾锥角、喷雾贯穿距、针阀延迟和喷雾粒径分布进行了试验验证。结果表明:优化设计后的喷嘴的质量流率大于原商用喷嘴的质量流率,而质量流率的线性度接近原商用喷嘴。在相同喷射时间5ms及喷油压力9.5MPa下,当喷嘴孔径由0.55mm增大为0.70mm时,喷雾发展过程较为快速,燃油流量增加约56%,喷雾锥角增加10°,但喷雾不稳定性也随之提高,雾化粒径增大。不同喷油压力下的喷雾锥角变化较大,靠近喷嘴的喷雾轮廓与孔口设计有关。喷油压力增大时,其质量流率会随之增大,雾化粒径分布在10μm～20μm范围内的喷雾液滴体积分数也会随之上升,从而提高雾化程度。     

组喷孔喷油嘴几何参数对喷雾特性的影响研究

针对组喷孔喷油嘴,建立了用于模拟计算喷雾特性的KH-RT修正模型,并改变喷嘴长径比(L/D)和喷孔入口倒角与喷嘴直径的比值(R/D)进行计算,得到了喷雾索特直径(SMD)、贯穿距离、蒸发质量和雾滴最大速度等表征喷雾特性的数据,并分析了相应的影响规律。结果表明,随着R/D值的增加,SMD增大,燃油蒸发量减少,贯穿距离减小,液滴最大速度减小。R/D=0.14是空穴发生与否的临界点。L/D值的增大,对喷雾特性的影响较小,喷雾特性趋势保持一致。     

空气辅助直喷汽油机缸内喷雾特性的试验

为了解直喷汽油机缸内气流运动对喷雾特性的影响,利用定容弹及缸筒全透明式光学发动机进行了相关试验,并利用三维计算流体力学软件模拟了缸内的气流运动情况,分析了缸内气流运动、燃油喷射时刻及发动机转速等对空气辅助直喷喷嘴喷雾特性的影响.结果表明:进气气流对喷雾场有明显的吹偏作用,其作用通过引入喷雾半锥角及喷雾锥角偏移度的概念来反映;随着燃油喷射时刻推迟,进气气流对喷雾场的吹偏作用逐渐减弱,喷雾锥角偏移度随之减小,而喷雾的贯穿距离不断增大;进气气流的流速随着发动机转速的下降而降低,其对喷雾场的影响也随之减弱,喷雾锥角、喷雾半锥角及喷雾锥角偏移度均随之减小,但喷雾贯穿距离的变化并不显著.     

非对称多孔喷油器撞壁喷雾特性的试验与模拟

采用高速阴影摄像技术对直喷汽油机非对称多孔喷油器进行了撞壁喷雾特性研究.分析了撞壁距离和撞壁角度对撞壁喷雾贯穿距和半径的影响.利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)技术研究了撞壁距离与撞壁角度对撞壁喷雾粒径SMD(Sauter Mean Diameter)、壁面油膜厚度以及壁面油膜面积的影响.结果表明,撞壁距离与撞壁角度对撞壁喷雾有着重要影响,在试验条件下较佳的撞壁距离大约为26.1,mm,即压缩/进气上止点前后60°CA左右,较合适的撞壁角度应该是75°左右.此外,喷雾离开喷嘴3,ms后,撞壁距离为26.1,mm时,撞壁喷雾粒径SMD平均较撞壁距离18.1,mm时大了约1,μm,而比撞壁距离47.1,mm时小了约14,μm;撞壁角度为75°时,撞壁喷雾粒径SMD平均较撞壁角度60°时小了约5,μm,而比撞壁角度90°时大了约1.6,μm.     

乙醇汽油沉积物生成与喷雾特性试验研究

为研究乙醇汽油在缸内直喷汽油机中的积碳生成问题及喷雾特性,选取5孔直喷喷嘴为研究对象,通过试验模拟缸内积碳生成环境,制备得到积碳喷油器。基于高速摄像技术和定容弹,对未积碳喷油器和积碳喷油器进行喷雾试验,得到5孔直喷喷嘴的喷雾图像,利用MATLAB程序对喷雾图像进行可视化处理。针对喷雾中可能出现的闪急沸腾现象,研究燃料温度与背景压力对乙醇汽油喷雾闪沸的影响,结果表明:乙醇汽油的使用会加重直喷喷嘴的积碳问题,导致喷嘴的喷油量减小,雾化质量恶化。