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汽车工程 2018年第11期40卷 1275-1281,1293页

作者：向立明田江平隆武强袁文华湖北文理学院汽车与交通工程学院襄阳441053 大连理工大学能源与动力学院大连116024 邵阳学院机械与能源工程学院邵阳422000

为探究喷射压力、温度、背压和交叉角对交叉孔喷嘴喷雾性状的影响,基于可视化定容弹系统,利用阴影法,研究了单孔与不同角度交叉孔喷嘴的喷雾特性。结果表明:与单孔喷嘴相比,交叉孔喷嘴的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大,且随着交叉角的增大... 详细信息

为探究喷射压力、温度、背压和交叉角对交叉孔喷嘴喷雾性状的影响,基于可视化定容弹系统,利用阴影法,研究了单孔与不同角度交叉孔喷嘴的喷雾特性。结果表明:与单孔喷嘴相比,交叉孔喷嘴的喷雾贯穿距较小,喷雾锥角较大,且随着交叉角的增大,差距更加明显;随着喷射压力的提高,交叉孔与单孔喷嘴的喷雾贯穿距的差别减小,交叉角较大的交叉孔喷嘴的喷雾锥角增大;低蒸发温度下,喷射压力对喷雾前期贯穿距的影响较大,随着蒸发温度升高,交叉孔与单孔喷嘴喷雾锥角差距增大,喷雾前期贯穿距差别减小;背压提高后,总的趋势是喷雾贯穿距缩短,而喷雾锥角增大;与单孔喷嘴相比,它对交叉孔喷嘴的喷雾特性影响更大。

关键词：交叉孔喷嘴自由喷雾定容弹阴影法

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交叉孔喷油嘴内部流动和喷雾特性的研究

交叉孔喷油嘴内部流动和喷雾特性的研究

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作者：金煜江苏大学

学位级别：硕士

随着柴油机的燃油消耗和污染物排放法规的日益严格,对柴油机燃油喷射系统的性能提出了更高的要求。为获得良好的喷雾和混合,燃油喷射压力不断提高,而喷嘴内部几何结构对喷雾和燃烧的影响也日益受到重视。由两个子喷孔在喷油嘴内部或外... 详细信息

随着柴油机的燃油消耗和污染物排放法规的日益严格,对柴油机燃油喷射系统的性能提出了更高的要求。为获得良好的喷雾和混合,燃油喷射压力不断提高,而喷嘴内部几何结构对喷雾和燃烧的影响也日益受到重视。由两个子喷孔在喷油嘴内部或外部交叉而形成的交叉孔喷嘴,喷雾扩散性较好,体现了一定的发展潜力,但对其内部流动和近场喷雾特性的认识尚不够深入。因此,本研究设计了两种不同的交叉孔喷嘴进行喷嘴内空穴流动和近场喷雾的试验及数值模拟探索。根据子喷孔交叉位置的不同,将两种交叉孔喷嘴分别命名为内交叉孔喷嘴和外交叉孔喷嘴。内交叉孔有两个入口和一个出口,而外交叉孔因为两子喷孔中心线的交点位于喷嘴外部,具有两个入口和两个出口。为认识内/外交叉孔喷嘴的几何结构参数对其内部空穴流动和近场喷雾特性的影响,采用比例放大的透明交叉孔喷嘴,进行了内流和喷雾近场结构的高速摄影研究。试验所用的透明喷嘴包括一个用作参考的圆孔喷嘴,三个不同角度的内交叉孔喷嘴和三个不同角度的外交叉孔喷嘴,以及一个扩大子喷孔出口中心距的外交叉孔喷嘴。对喷雾内外部流场的高速摄影分别在两个正交的方向上进行,其一正对着两个子喷孔轴线所在平面,称之为交叉面,另一个正对着与交叉面正交的轴向平面。试验的喷射压力范围是5kPa.0MPa,环境压力为1atm。试验结果表明,与圆柱孔喷嘴的圆锥形喷雾不同,内/外交叉孔喷嘴的喷雾呈扇形,其子喷孔交叉角对扩散面的喷雾扩散角影响很大。外交叉孔喷嘴的径向扩散最为强烈,其次是内交叉孔喷嘴,二者都远强于圆柱孔喷嘴。外交叉孔喷嘴在扩散面上的喷雾扩散最大可达喷嘴出口下方180°范围,此时无法用喷雾扩散角来衡量。内交叉孔喷嘴的近场喷雾扩散角主要受其子喷孔交叉角的影响,随交叉角的增加而增大,而对喷雾压力不太敏感。与扩散面上的燃油扩散角相比,交叉面上的喷雾扩散角要小许多,但仍大于圆柱孔喷嘴的喷雾扩散角。这种扇形喷雾表现出很强的径向扩散,其喷雾在一定距离处的无量纲化横截面积比圆柱孔喷嘴大1～5倍。因内交叉孔沿流动方向的横截面积逐渐减小,在圆柱孔喷嘴内已经出现水力柱塞流的条件下,内交叉孔内仍无空穴产生。外交叉孔喷嘴的空穴初生压力与圆柱孔喷嘴相似,出现在0.25MPa左右的喷射压力下。但外交叉孔喷嘴内不易产生水力柱塞流,当达到试验最高压力值时,仍没有产生水力柱塞流现象。内交叉孔喷嘴的无空化特性使其流量系数比圆柱孔喷嘴的流量系数大15%0%。为探索子喷孔交叉角对其内部流动和近场喷雾结构的影响,采用多流体模型耦合气泡动力学方程,对7种不同交叉角的内交叉孔喷嘴的内外部流动现象进行了数值模拟。所用7个喷嘴为实际尺寸的多孔喷嘴,其子喷孔交叉角范围为20°至50°,每间隔5°一个。喷射压力分别为60MPa、120MPa、180MPa和240MPa,环境压力分别为2MPa、6MPa、8MPa和10MPa。利用ECN的Spray A喷油器X射线同轴相衬成像实验数据验证了模型的可信性。数值模拟准确预测了内交叉孔喷嘴的无空化特性和扇形喷雾结构及其与子喷孔空间布置的关系。此外,还发现内交叉孔喷嘴的流量系数对喷射压力不敏感,但会随子喷孔交叉角增大而略有下降。这些内交叉孔喷嘴的流量系数比圆柱孔喷嘴高20%0%,这主要是因为其无空化特性极大地减小了面积损失。试验和数值模拟研究均表明,内交叉孔喷嘴交叉角度的增大会显著增强其喷孔内的冲击效应,形成更大的喷雾扩散角和喷雾横截面积,有助于促进燃油-空气的初始混合,但同时降低了其流量系数。

关键词：交叉孔喷嘴内部流动空化雾化可视化 CFD

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