柴油機(jī)孔式噴嘴內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已在世界各地被廣泛用作移動(dòng)裝置的動(dòng)力源，同時(shí)，它也是大氣環(huán)境、特別是城市大氣環(huán)境的主要污染源。隨著各國(guó)排放法規(guī)日趨嚴(yán)格和石油供求矛盾日趨尖銳，人們發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)噴嘴在高壓和脈動(dòng)噴射下的噴射特性，對(duì)柴油機(jī)噴霧的形成，及至噴霧燃燒和排放特性均具有十分顯著的影響。
　　 柴油機(jī)的噴霧特性主要受噴油壓力、小尺度噴孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)和湍流氣液兩相流態(tài)的影響。由于細(xì)小噴孔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)極為復(fù)雜，加上噴油壓力和燃油流速很高，因此，關(guān)于孔式噴

2、嘴內(nèi)部流動(dòng)特性分析的臺(tái)架試驗(yàn)難度極大，迄今為止國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究甚少。在此情況下，開(kāi)展高壓燃油噴嘴噴孔內(nèi)氣液兩相湍流場(chǎng)三維數(shù)值模擬研究就顯得十分必要。本文的主要工作內(nèi)容和取得的研究成果主要有：
　　 1)以柴油機(jī)孔式噴嘴內(nèi)部伴有空穴現(xiàn)象的復(fù)雜流動(dòng)為研究對(duì)象，構(gòu)筑了描述柴油機(jī)噴嘴內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，采用分塊耦合方法和局部加密處理生成了三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，建立了基于Fluent 軟件包、旨在分析柴油機(jī)小尺度噴孔內(nèi)氣液兩相流態(tài)的計(jì)算平臺(tái)。

3、r>　　 2)在對(duì)計(jì)算方法和計(jì)算網(wǎng)格的適用性進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，應(yīng)用CFD分析軟件，通過(guò)對(duì)噴孔內(nèi)單相和多相流質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒方程的求解，預(yù)測(cè)分析了不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下的孔式噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)特性，噴嘴幾何參數(shù)對(duì)流場(chǎng)速度分布、壓力分布和出口速度的影響，以及穩(wěn)定噴射時(shí)嘴內(nèi)的空穴流動(dòng)現(xiàn)象。
　　 3)借助于對(duì)孔式噴嘴內(nèi)部空穴現(xiàn)象和兩相湍流流動(dòng)的多維數(shù)值模擬，分析了噴孔內(nèi)空穴形成的機(jī)理及其分布情況，以及各流動(dòng)參數(shù)與空穴形成之間的關(guān)系。

4、在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了燃油噴射壓力、背壓、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸溫度和噴孔長(zhǎng)徑比等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴嘴內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)與空穴分布的影響。
　　 4)研究表明，孔式噴嘴內(nèi)存在的“氣泡”(空穴)現(xiàn)象與噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)密切相關(guān)，同樣地，空穴考慮與否及其準(zhǔn)確的描述反過(guò)來(lái)又又會(huì)顯著影響整個(gè)噴嘴內(nèi)復(fù)雜流態(tài)的預(yù)測(cè)值大小。將本文計(jì)算得到的噴孔內(nèi)流場(chǎng)分布及空穴分布的結(jié)果與國(guó)外相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，二者基本吻合。這也進(jìn)一步說(shuō)明，借助于對(duì)噴孔內(nèi)部空穴現(xiàn)象和