喷油器控制阀空化现象可视化试验与模拟分析

为了获得喷油器控制阀空化现象的直观流动图像,搭建了喷油器控制阀比例放大可视化试验台。采用高速摄像和长工作距离显微成像技术,研究了不同球阀升程和进口压力下控制阀区域空穴两相流动的特性。通过数值模拟的方法对试验得到的流动图像进行了双向验证。研究结果表明:控制阀区域的空化现象主要发生在球体表面、阀座锥面和进油孔处;空化数可以反映控制阀区域空化的强度;控制阀疲劳试验中气蚀环大于密封环的原因是球体表面发生强烈空化的区域比落座撞击区域靠上。     

凝水压力控制阀的设计与数值研究

在船用凝汽式汽轮机凝水系统的设计与调试中,为防止凝水泵出现汽蚀,通常需要对凝水系统压力进行调整。为实现凝水系统压力的在线便捷调节,稳定凝水泵出口扬程及流量,设计了凝水压力控制阀。该阀采用二级节流的结构形式,可通过调整阀开度改变节流效果。通过公式计算得到了不同开度下凝水压力控制阀的调节性能,根据计算结果,控制阀满足设计要求。采用CFD流体计算软件对凝水压力控制阀进行三维数值模拟,验证计算的准确性。     

采用可变斜轴涡流系统的四气门汽油机缸内斜轴涡流特性的试验研究

研制了一种四气门汽油机可变斜轴涡流系统,在稳流气道试验台上研究了该系统对进气道流通特性和斜轴涡流特性的影响。研究结果表明,在任意可变斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角情况下,流通系数和无因次斜轴涡流比随着阀片开度的增大而逐渐减小。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角、阀片开度为0°时,流通系数达到最大值为0.82,流通系数调节范围为0.13~0.82。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°、阀片开度为0°时,斜轴涡流强度达到最大值为0.54,斜轴涡流比调节范围为0~0.54。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°、阀片开度为0°时,斜轴涡流倾角达到最大值为86.8°,斜轴涡流倾角调节范围为0°~86.8°。     

单体泵控制阀区域流场稳态与动态特性对比

控制阀是电控单体泵燃油系统中的关键部件,该阀通过快速打开导通高、低压油路,实现喷嘴处的断油控制,该过程是一个动态过程.通过理论分析得出,导致控制阀流场为非定常流动的原因是阀芯的快速运动和进/出口压力的瞬态变化使燃油产生加速度,该加速度使燃油惯性力增强.通过控制阀区域流场动态及稳态仿真计算对比了控制阀阀芯区域在稳态和动态条件下的流场特性,结果表明:随着开度的增加,动态时空化呈增强趋势,而稳态则呈减弱趋势;在整个打开过程中,动态与稳态下锥面进/出口燃油流速存在较大差异;小开度时稳态流通能力强于动态,大开度时则相反.     

VRF制冷系统变吸气状态下频率与阀开度的同步调节

针对变流量制冷(Variable Refrigerant Flow,VRF)系统变吸气状态下带液量的精确控制以及控制元件所引起的滞后或超调现象,以变频滚动转子式制冷系统为研究对象,分别通过恒定频率不同阀开度与恒定阀开度不同频率两个实验,建立其单独控制下的拟合模型,得到其在不同工况下的同步控制方法。结果表明:过热度随阀开度的增大而减小,在过热度为6 K以下,即阀开度为27.8%～30%时,过热度控制难度上升,提高冷冻水温度可改善这一状况;过热度随频率的降低而减小,在过热度为5 K以下,即频率为44.5～46.5 Hz时,控制难度上升;吸气干度随阀开度增大而下降,随频率降低而减小;在某一工况下,以系统质量流量为控制目标,可以拟合得到频率与阀开度的关系式,实现同步控制,在变吸气状态可以精确控制吸气干度,不损坏压缩机,并使系统迅速达到稳定状态。     

长距离供水系统中空气阀的进排气特性参数研究

为研究空气阀进排气特性参数,基于数学模型,通过模拟计算,得出了空气阀的进排气流量系数与流通面积乘积随压差的变化规律;并根据不同压差下的空气阀进排气流量系数与流通面积乘积值,计算了不同进气流量系数下的进气流通面积。结果表明,空气阀的进排气流量系数与流通面积乘积随压差的增大而增大,且排气时乘积的变化幅度小于进气时;进气流通面积与其直径直接对应的面积存在差异。研究结果可为空气阀的设计及选型提供指导作用。     

壁面表面粗糙度对喷孔内空化流动特性的影响

为了研究柴油机喷孔表面粗糙度对小直径喷孔内空化流动的影响,采用Fluent流体仿真软件,对不同喷油压力、不同孔壁粗糙度下直径为0.1 mm喷孔的内部空化流动特性进行仿真分析。结果表明：光滑壁面条件下,喷油压力及压差越大,空化水平越强,喷孔流量因数下降越严重;粗糙壁面条件下,流场内气体体积分数随粗糙度增大而降低,粗糙度增大使壁面流体的湍动能增加,但同时使壁面流体的速度降低,导致喷孔流量因数随粗糙度的增大先增后减,喷油压力越高,流量因数出现最高点粗糙度也越大;壁面粗糙度增大会增大对近壁面流场的干扰,抑制近壁面流体空化,在全空化压力、低壁面粗糙度的条件下抑制作用更为明显。     

AP1000核电汽轮机中压调节阀气动力矩数值模拟

利用FLUENT对AP1000核电汽轮机中压调节阀所受气动力矩进行数值模拟求解,并用工程计算对模拟结果进行验证。保持中压主汽阀全开,对调节阀不同开度下得到的数值模拟结果进行比较分析,并讨论气动力矩随调节阀开度的变化规律。结果表明:气动力矩的数值模拟求解方便简单,模拟结果虽与工程计算得到的结果有些许偏差,但在合理范围之内,所以数值模拟求解结果可信。从模拟结果得到的数据可以看出,调节阀由闭合逐渐开启过程中,气动力矩先逐渐增大,当开度开至40°左右达到最大值,之后气动力矩随开度增大而逐渐减小至0。     

四气门汽油机可变斜轴涡流系统产生的缸内涡流特性试验研究

在稳流气道试验台上研究了所研制的四气门汽油机可变斜轴涡流系统对进气道流通特性和涡流特性的影响。研究结果表明:在任意的斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角情况下,进气道的流通系数随着阀片开度的增大而逐渐减小,当阀片开度为0°时进气道的流通系数最大为0.82,流通系数调节范围为0.13~0.82;当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°,阀片开度为45°时,进气终了涡流比达到最大值为0.11,进气终了涡流比的变化范围为0.01~0.11。     

大气压力/VNT/EGR对车用柴油机性能与排放的影响

为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。     

针阀运动对断油阶段空化和倒吸的影响

基于流体体积函数(volume of fluid,VOF)模型和动态重叠网格技术对柴油机喷油嘴断油过程中燃油流动特性进行了三维动态模拟。并通过可视化试验对透明喷嘴断油前后的流动进行了试验研究,着重分析了针阀运动对空化和倒吸的影响,其数值模拟与试验一致。结果表明:在针阀落座过程中,喷孔先于压力室发生空化现象,但二者最大空化量表现为压力室大于喷孔;通过对空化和倒吸进行量化分析证实空化溃灭后导致喷嘴内的压力降低是引起空气倒吸的原因;同时对3种不同针阀落座速度喷嘴内的空化和倒吸展开研究,结果显示3种喷嘴压力室内的空化量随针阀运动速度增大而增大,而喷孔内空化量基本相等;最后,通过理论推导得出了反映断油过程中喷嘴内空化的新空化数,解释了喷嘴内产生空化的机理,及针阀运动对喷嘴内空化和倒吸影响的原因。     

柴油机喷油嘴喷射过程空化效应数值分析

以某型机械式喷油器为对象,采用CFD软件STAR-CCM+,基于不可压缩流体体积函数(VOF)多相流模型,研究分析了在怠速、50%负荷、100%负荷工况下,完整喷射期内喷油嘴处的内流场及空化效应。结果表明:喷射过程中针阀升程的变化对于流动和空化特性影响显著,针阀升程较小时,在针阀的拐角处形成局部低压区,空化现象开始发生,形成大量的燃油蒸气,并在囊室内形成显著的二次涡漩流动,在喷孔底部产生二次空化;在相同的针阀升程下,压强越大,空化效应越显著。     

燃油喷射系统等压出油阀偶件可靠性研究

以PW 2000喷油泵等压出油阀偶件为例,通过零件可靠性设计与工艺改进、参数优化计算与试验分析,研究高喷射压力强化条件下等压出油阀偶件可靠性质量的设计改进与提高。研究表明,根据燃油喷射系统喷油泵实际强化程度与性能要求,通过设计与制造工艺的改进如合理调整回油阀开启压力、回油阀座座面角度,控制回油阀升程、优化回油阀弹簧及其上下座细节性设计、零件表面粗糙度的提高等方法,可以大幅度地提高和改进等压出油阀偶件可靠性质量。     

某调节阀气动及振动噪声性能研究

为了降低汽轮机低工况运行时调节阀的振动噪声,设计一种多级节流调节阀,在汽轮机低工况运行时使用。采用吹风试验的方法对所设计调节阀在不同工况下的流量、振动、噪声多种特性进行了分析,得到其随着升程、压比的变化规律。选取某3个常用汽轮机调节阀与所设计调节阀进行对比试验,根据试验系统实际情况,以相同压比约0.5、相同质量流量约0.5 kg/s为基准进行了横向对比分析。结果表明：压比一定条件下调节阀的流量系数随着升程的增大而逐渐增大,升程一定条件下流量系数随着压比的增大呈现逐渐减小的趋势;在升程一定时,随着压比的增大,机脚加速度值呈现先减小后逐渐增大的趋势,调节阀受低频激励的影响较小,受中高频激励的影响较大;在压比为0.5时,随着升程的增大,调节阀的空气噪声值逐渐增大,压比大于0.5时,空气噪声值随着升程的增大而呈现先增大后略有减小的趋势,在升程一定时,随着压比的增大,空气噪声值基本呈现了逐渐减小的趋势;所设计的多级节流调节阀与某3个常用汽轮机调节阀相比在振动噪声抑制方面具有相对优势。     

喷油器喷嘴结构参数对空化效应的影响

喷油器喷嘴内部的燃油的流动和空化直接影响燃油的喷射,又可造成喷嘴空蚀。基于不可压缩流体体积函数(VOF)多相流模型,模拟喷油器完整喷射周期内的燃油流动和空化特性,获得喷嘴空化形成及发展的关键区域和影响空化效应的关键结构参数,并分析其对流场及空化特性的影响规律。结果表明：较小针阀升程时,在针阀锥形表面台阶和喷孔下边缘位置处发生明显空化现象,当升程增加,空化集中分布在喷孔位置处,从倒圆处开始诱发,逐渐向下游延伸;针阀台阶夹角增大使得针阀表面台阶处和喷孔下缘的前部的局部空化增强,穴蚀更严重,且燃油流量减小,通过增大针阀座倒圆半径和喷孔直径锥度系数可有效地改善喷孔局部空化程度。     

发动机台架实验中喷油器针阀升程的调节方法及应用

针阀升程是柴油机燃油系统的重要参数。通常，针阀升程是用位移传感器和显示器进行测量和显示，并同时测定泵端和嘴端压力等参数，计算其喷油规律，从而综合分析针阀升程对柴油机性能的影响。由于上述测试一般不在台架试验中进行，因而测试结果是间接的。本文提出一种在柴油机台架试验中直接调节针阀升程的方法，从而确定某种机型合适的针阀升程参数。此方法在某厂175型单缸柴油机与喷油器匹配的实验中得以应用，在用台架试验确定喷油器设计参数方面进行了探索。     

Visualization Experiment and Numerical Analysis of Cavitation Flow Characteristics in Diesel Fuel Injector Control Valve with Different Structure Design

Increasing the injection pressure has been proven an effective method to enhance performance and reduce pollutant of diesel engine.With the increase of the injection pressure,the cavitation damage problem inside common rail fuel injector is more significant,which has direct influences on reliability of diesel engine.While the most studies so far have focused on cavitation occurred in injector nozzle and its atomization characteristics,few researchers studied the cavitation phenomenon in fuel injector control valve.But due to the complexity of flow field and difficulty of experiment,the cavitation in control valve could not be fully described by existing theories.In this paper,the two-dimensional visualization experiment and numerical simulation of control valve was implemented to acquire the image of cavitation intuitively and validate the simulation method and model.Then a new structure design of control valve named convergent model was presented for comparison.The origin model and convergent model with different valve lifts were simulated in three dimensions.The results showed that the sheet cavitation occurred at the surface of seal cone and steel ball then turned to cloud cavitation in downstream area.The intensity of cavitation increased with the increase of valve lift.Convergent model could efficiently reduce the cavitation intensity near the seal area.This research could provide references for engineering optimization design of control valve.     

电磁喷油器球阀流动分析

试验单独测得了与密封球阀相关的衔铁位移曲线和控制腔的压力曲线,并以此为动态边界条件进行了电磁喷油器球阀流动特性计算.结果显示,球阀处会发生穴蚀现象,穴蚀的产生与小球位移和控制腔压力变化情况有关,密封球的升程变化会造成节流位置的移动.发生穴蚀的区域具体体现在密封线上边缘区域和球座入口开始并延伸一段距离的锥面上,这与检测到的球阀座面遭到穴蚀破坏的位置吻合.球阀流动计算中,球阀底部一直存在压力较大的滞止区域,球阀孔口附近的气泡主要产生在升程相对较大的区域.     

电控液压可变气门系统控制参数对气门运动规律的影响

通过试验分析在电控液压可变气门机构中油压和控制脉宽对气门附加升程工作特性的影响。研究表明,气门晚关角度主要受控制脉宽影响,油压则影响附加升程的开启速度;影响附加升程的最大升程和附加升程波动率最主要的因素是油压,控制脉宽对附加升程的波动率影响很小;在压力油压为3.5MPa时,附加升程波动率较小,气门工作稳定;通过对气门附加升程的运动特性分析,随着油压降低,气门加速度和速度减小,整个过程工作柔和,气门落座冲击小。     

电液可变气门系统液压油路瞬时压力的分析

基于某型号船用柴油机电液可变气门系统的仿真模型,研究了回油电磁阀的开启斜率、最大开度限值、开启相位和供油压力对液压油路回油阶段瞬时压力的影响。研究结果表明:急降区的瞬时压力变化率几乎不受供油压力的影响,但随回油电磁阀开启斜率增加而增加,随开启相位的提前和最大开度限值的增加而减小;稳定区的波动方差随供油压力和开启斜率的增加而增加,随开启相位的提前和最大开度限值的增加而减小;自由下降区的瞬时压力变化率几乎不受回油电磁阀开启斜率、最大开度限值、开启相位和供油压力的影响。