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基于X射线成像的喷油嘴内流特性试验

内燃机学报 2023年第5期41卷 458-465页

作者：高雅黄魏迪李理光吴志军同济大学汽车学院上海201804 日本产业技术综合研究所能源与环境部门日本筑波市3058564

通过同步辐射X射线测量技术,开展了直喷汽油机喷油嘴实际针阀运动过程中的内流与液核破碎的试验观测研究.在不同X射线光源参数下对内流流场进行了连续图像拍摄,确定了最优拍摄技术方案.分析了不同喷射压力、不同喷孔结构下内流随针阀特... 详细信息

通过同步辐射X射线测量技术,开展了直喷汽油机喷油嘴实际针阀运动过程中的内流与液核破碎的试验观测研究.在不同X射线光源参数下对内流流场进行了连续图像拍摄,确定了最优拍摄技术方案.分析了不同喷射压力、不同喷孔结构下内流随针阀特性的变化规律,进而讨论了内流对射流液核破碎的影响.结果表明:随着针阀开度的增加,喷孔内会快速地形成挑射液流.挑射液流的宽度与喷孔入口的角度有关,与喷射压力无关.其原因与所采用喷油嘴的长径比较短有关.挑射液流会加速射流的液核破碎过程.喷孔内挑射液流的宽度增加会引起射流宽度的增大.

关键词：缸内汽油直喷同步辐射X射线成像喷油嘴内流流动特性

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喷油嘴内流特性与喷雾特性研究及结构优化

内燃机工程 2022年第2期43卷 41-48页

作者：张俊红李晨阳裴国斌李哲华王西博林杰威天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300354 天津仁爱学院机械工程系天津301636

结合柴油机喷油嘴内部流动和喷雾数值计算模型,基于支持向量机构建了喷油嘴性能代理模型,研究了喷油嘴结构参数对内部流动和空化现象及喷雾特性的影响,并通过多目标遗传算法NSGA—Ⅱ对喷油嘴结构进行了多目标优化。结果表明:喷孔直径从0... 详细信息

结合柴油机喷油嘴内部流动和喷雾数值计算模型,基于支持向量机构建了喷油嘴性能代理模型,研究了喷油嘴结构参数对内部流动和空化现象及喷雾特性的影响,并通过多目标遗传算法NSGA—Ⅱ对喷油嘴结构进行了多目标优化。结果表明:喷孔直径从0.10 mm增大到0.20 mm,喷孔出口质量流量增大336.31%,孔内产生剧烈空化现象,喷雾贯穿距和索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)分别增大74.04%和46.19%。减小喷孔长度会改善喷雾性能,但同时使孔内空化现象加剧,影响流动性能。入口圆角半径的存在能有效减弱孔内的空化现象,提高雾化性能,当入口圆角半径从0增大到0.016 mm时,出口质量流量和喷雾贯穿距分别增大22.50%、17.76%,SMD减小12.22%。喷孔倾斜角越小,空化现象越弱,其对喷雾特性影响较小。优化后的喷油嘴出口质量流量和喷雾贯穿距分别增大了21.19%和11.91%,燃油蒸气体积和SMD分别减小了81.38%和1.37%,流动性能和喷雾性能均得到改善。

关键词：喷油嘴优化结构参数空化喷雾

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喷油嘴喷孔流道磨料流光整特性仿真与试验

金刚石与磨料磨具工程 2023年第2期43卷 265-271页

作者：李孟楠董志国郑志鑫王硕太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 精密加工山西省重点实验室太原030024

喷油嘴喷孔流道入口有一定入口倒角和喷孔锥度,能通过提高喷油嘴的燃油雾化效果来进一步提高发动机的效率。通过软性流体磨料对喷孔流道进行加工,使喷孔流道入口有一定的入口倒角和喷孔锥度。结果表明:在5 MPa、8 MPa的入口压力下,使用... 详细信息

喷油嘴喷孔流道入口有一定入口倒角和喷孔锥度,能通过提高喷油嘴的燃油雾化效果来进一步提高发动机的效率。通过软性流体磨料对喷孔流道进行加工,使喷孔流道入口有一定的入口倒角和喷孔锥度。结果表明:在5 MPa、8 MPa的入口压力下,使用平均粒径为5μm、质量分数为25%的软性磨料加工800 s后,测得喷孔入口倒角曲率半径分别为0.018 mm和0.010 mm,喷孔流道锥度为1°和3°。在不同的入口压力下,通过polyflow软件对软性流体磨料在喷孔流道的流动特性进行了分析,并通过试验进行验证,发现仿真与试验结果误差在允许的范围内,证明了数值分析的可靠性。

关键词：磨料流加工喷油嘴 polyflow 锥度倒角半径

喷油嘴喷孔流道磨料流光整特性仿真与试验研究

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喷油嘴喷孔流道磨料流光整特性仿真与试验研究

作者：李孟楠太原理工大学

学位级别：硕士

当喷油嘴喷孔流道入口有一定的圆角而且喷孔流道呈一定的倒锥形时,能够提高甲醇燃料在发动机的燃油雾化效果。目前喷油嘴喷孔流道的加工主要是通过电火花加工和激光加工,但加工后孔道内壁会有大量毛刺、重铸层,并且粗糙度也达不到要求... 详细信息

当喷油嘴喷孔流道入口有一定的圆角而且喷孔流道呈一定的倒锥形时,能够提高甲醇燃料在发动机的燃油雾化效果。目前喷油嘴喷孔流道的加工主要是通过电火花加工和激光加工,但加工后孔道内壁会有大量毛刺、重铸层,并且粗糙度也达不到要求。为了降低燃油消耗量、增强雾化效果和提高发动机的寿命,需要对喷孔进行入口倒圆、锥孔成形和去毛刺等光整加工。因此本文从软性磨料流变特性、甲醇燃料在喷孔流道的流动特性、软性流体磨料在喷孔流道的流动特性等方面进行了理论和试验研究。本文主要研究内容及方法如下:(1)分析软性流体磨料的组成和性质;对软性流体磨料的加工原理和材料去除机理进行分析;应用幂律流体本构方程描述流体磨料,基于毛细管流变原理搭建流体磨料本构参数测量试验平台,求得软性磨料的粘稠度系数、非牛顿指数;分析软性流体磨料在喷孔流道中的流动特性,对湍流和层流状态进行分析。(2)使用Fluent软件对甲醇燃料在单孔喷孔流道进行仿真分析;对喷孔流道入口边界条件设置为入口压力50MPa、出口设置为出口压力5MPa;分别对喷孔直径为0.5mm、0.7mm、0.9mm、喷孔锥度为0°～3°、入口圆倒角为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.15mm多种模型进行仿真分析。最终,通过几组不同的模型分析,来选择更有利于甲醇燃料燃油喷射的喷孔结构。(3)通过流体动力学软件Polyflow来模拟分析软性流体磨料加工喷孔流道,得到软性流体磨料在喷孔流道内的压力云图和速度云图,同时在不同的入口压力下,进行数值模拟,将模拟的结果与试验部分进行对比分析,看模拟结果与试验结果是否具有一致性,为软性流体磨料加工提供一定的理论依据;研究了PTT模型中松弛时间和拉伸特性参数对仿真结果的影响。(4)设计喷油嘴所用试验夹具,搭建喷油嘴喷孔流道光整加工试验平台及数据采集系统;通过配置好的软性流体磨料对孔径为0.7mm的单孔喷油嘴进行不同时间的加工;使用超景深显微镜对加工后的喷孔流道进行拍摄,并采集加工后的喷孔锥度和入口圆倒角数值;对三组试验所得的喷孔锥度与仿真试验锥度进行比较,看仿真结果是否与试验结果一致。研究结果表明:随着喷孔入口圆倒角的变大,甲醇燃料在喷孔流道中的速度更加大,也更加均匀,喷孔流道中的湍动能也更加均匀;随着喷孔锥度的增大,在近壁面的湍动能也在慢慢变小,在喷孔流道中心的湍动能波动更加平顺,同时喷孔流道中的空化区域变小,说明在一定的喷孔直径下,有一定的入口圆倒角和喷孔锥度有利于提高甲醇燃料在喷孔流道的燃油喷射;在入口压力为6MPa下,通过Polyflow模拟所得的喷孔锥度和入口圆倒角与试验结果具有一致性。

关键词：磨料流加工喷油嘴 PTT 锥度入口圆倒角

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喷油嘴喷孔断油后气体倒吸过程研究

工程热物理学报 2018年第12期39卷 2818-2823页

作者：梁帅帅文华姜光军王晨亮南昌大学机电工程学院南昌330031

利用喷油嘴燃油流动可视化试验装置,采用高速可控闪光显微成像技术,对不同喷射条件下实际尺寸透明喷嘴内的燃油流动进行了对比试验,重点分析了喷射背压、喷油嘴喷孔长度对断油后气体倒吸的影响.结果表明:喷油嘴断油后气体倒吸与空化溃... 详细信息

利用喷油嘴燃油流动可视化试验装置,采用高速可控闪光显微成像技术,对不同喷射条件下实际尺寸透明喷嘴内的燃油流动进行了对比试验,重点分析了喷射背压、喷油嘴喷孔长度对断油后气体倒吸的影响.结果表明:喷油嘴断油后气体倒吸与空化溃灭同步发生,随后倒吸气泡稳定,直到下一循环随燃油喷出;喷射背压高、喷孔长度短的喷油嘴,喷孔内倒吸气泡长度较短,倒吸气泡长度与背压近似成负相关.另外,本文将针阀落座喷嘴内压力突降近似应用二阶系统分析,提出了一个反映断油过程的空化数,用以定量分析喷射背压和孔长对断油空化的影响,为进一步分析气体倒吸现提供理论依据。

关键词：喷油嘴喷孔长度倒吸气泡空化数

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喷油嘴空穴流动可视化及其对喷雾的影响

内燃机学报 2019年第1期37卷 54-59页

作者：施东晓周禛郭立新杨海涛夏兴兰中国一汽无锡油泵油嘴研究所江苏无锡214063

柴油机喷油嘴内部空穴流动很大程度上影响燃油雾化,进而影响整机排放.在比例放大透明油嘴内部空穴流动可视化试验台上,通过高速摄影和长工作距离显微成像技术,研究了不同喷射压力、针阀升程和喷孔结构对空穴流动的影响.试验观察到两类... 详细信息

柴油机喷油嘴内部空穴流动很大程度上影响燃油雾化,进而影响整机排放.在比例放大透明油嘴内部空穴流动可视化试验台上,通过高速摄影和长工作距离显微成像技术,研究了不同喷射压力、针阀升程和喷孔结构对空穴流动的影响.试验观察到两类空穴现象,一类是由几何结构诱导的膜状空穴,另一类是由涡流中心低压诱导的线空穴.研究表明:提高喷射压力、增大针阀升程有利于膜状空穴发展,渐缩形喷孔则会抑制膜状空穴发展.线空穴与流场中涡流密切相关,随着喷射压力的提高,线空穴强度范围会增加.膜状空穴与线空穴均能增大喷雾锥角.

关键词：柴油机喷油嘴可视化空穴流动线空穴喷雾

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喷油嘴喷孔内部空穴两相流动数值模拟分析

内燃机学报 2004年第5期22卷 433-438页

作者：何志霞李德桃胡林峰袁建平王谦袁文华江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 无锡油泵油嘴研究所江苏无锡214063 江苏大学流体机械工程技术中心江苏镇江212013 邵阳学院能源与动力工程系湖南邵阳422004

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... 详细信息

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。

关键词：柴油机喷油嘴喷孔空穴两相流动数值模拟

柴油机喷油嘴内部流动与雾化性能研究及结构优化

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柴油机喷油嘴内部流动与雾化性能研究及结构优化

作者：李晨阳天津大学

学位级别：硕士

我国机动车的保有量不断上升,汽车尾气造成的环境污染问题日益严重。为了达到严格的排放法规的要求和践行“双碳”战略目标,需要以科技创新为先导,尽量降低尾气排放污染和提高能源利用率,减轻碳排放。喷油嘴是柴油机喷油器非常关键的结... 详细信息

我国机动车的保有量不断上升,汽车尾气造成的环境污染问题日益严重。为了达到严格的排放法规的要求和践行“双碳”战略目标,需要以科技创新为先导,尽量降低尾气排放污染和提高能源利用率,减轻碳排放。喷油嘴是柴油机喷油器非常关键的结构偶件,其内部流动性能与雾化性能决定了发动机燃油喷射系统的好坏,并影响柴油机的燃烧和排放过程,故研究喷油嘴内柴油的流动性能和燃油的喷雾性能对降低尾气污染和减轻碳排放具体重要意义。但是由于喷油嘴偶件的体积尺寸非常小,并且其内部的柴油流速、压力非常大,进行试验研究很困难。因此,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件Fluent对其进行数值模拟计算,可以方便有效地研究喷油嘴的内部柴油流动情况和燃油的喷雾过程。本文主要运用CFD软件Fluent模拟了高压共轨柴油机喷油嘴的内部流动情况和空化现象及喷雾过程,并对喷油嘴的结构参数进行了优化。采用混合(Mixture)多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型建立了喷油嘴内部流动的气液两相流模型,将喷孔出口的流动参数作为喷雾模拟的初始条件,并采用离散相模型建立了喷油嘴的内部流动和喷雾耦合的计算模型。研究了不同结构参数和工作参数对喷油嘴内部流动及雾化性能的影响规律。结果表明:随着喷孔直径的增加,喷孔内产生的空化气团厚度和体积增大,空化强度增强,出口质量流量随着有效流通面积的增大而增大,由于射流惯性能的增大,喷雾贯穿距增大,初次连续射流直径增加,导致出口破碎后的液滴直径较大;减小喷孔长度可以改善喷雾性能,但同时使孔内空化现象加剧,影响流通性能;入口圆角半径的存在能有效减弱孔内的空化现象,提高雾化性能。较高的入射压力会促进空化现象的生成,入射压力越高,喷孔内的燃油蒸汽体积越大;增大背压,可以抑制空化现象的发展。使用中心复合设计法(Central Composite Design,CCD)在给定的喷油嘴结构参数范围内进行样本点抽取,基于响应曲面法(Response surface methodology,RSM)构建了喷油嘴的内部流动和喷雾过程的代理模型,并通过多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对喷油嘴的结构进行了优化,优化后的喷油嘴流通性能和雾化性能均得到改善。

关键词：喷油嘴空化喷雾数值模拟优化

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喷油嘴喷射方向偏离的影响因素

航空动力学报 2012年第7期27卷 1665-1670页

作者：王延忠牛文韬唐文郭梅郭霞战鹏赵智姝沈蓉北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所沈阳110015 海军航空兵学院航空机械实验室辽宁锦州121012 北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

针对航空发动机润滑系统喷油嘴喷射方向的偏离问题进行研究.首先分析了喷油嘴喷射方向发生偏离的机理,然后通过计算流体动力学(CFD)的方法与软件,建立了喷油嘴喷油过程的三维数值计算模型,对不同入口速度和喷油嘴长径比条件下的喷射方... 详细信息

针对航空发动机润滑系统喷油嘴喷射方向的偏离问题进行研究.首先分析了喷油嘴喷射方向发生偏离的机理,然后通过计算流体动力学(CFD)的方法与软件,建立了喷油嘴喷油过程的三维数值计算模型,对不同入口速度和喷油嘴长径比条件下的喷射方向进行了多组计算与比较,得到了影响喷射方向偏离的因素及其影响规律.研究发现:喷油嘴入口处的径向速度分量导致了喷射方向的偏离,径向速度分量与法向速度分量之比越大,喷油嘴长径比越大,喷射方向偏离程度越大;对已定的喷油嘴入口速度或长径比,能够找到与之匹配的长径比或入口速度,使得喷油方向无偏离.

关键词：喷油嘴喷射方向计算流体动力学入口速度长径比