高压共轨喷射系统内部空穴流动与燃油雾化的耦合模拟研究
为适应日益苛刻的排放法规,满足节能降耗的要求,燃油喷射系统需不断改进和创新。高压共轨式电控燃油喷射系统因其喷油压力高、燃油喷射控制灵活等特点,成为柴油机燃油喷射系统的发展方向。高压共轨喷射系统中,燃油喷雾的形成及雾化过程更加复杂,而在极高的喷油压力下,喷嘴内部的空穴流动对喷雾的影响也不容忽视。喷油系统上游流动、喷嘴内部流动及之后的雾化是一个有机的统一体,因此在对喷油系统上游流动分析计算的同时,有必要开展详细的喷嘴内部流动数值模拟,为喷雾模型提供更为真实的边界条件。耦合喷嘴内部空穴流动开展喷雾模拟,则可以提高喷雾模拟的准确性,便于分析整个喷油系统对燃油雾化的影响。
本文在回顾燃油喷射系统国内外发展现状,系统总结燃油喷射系统内部流动及喷雾数值模拟的发展概况和未来发展趋势,详细分析喷嘴内部空穴流动对燃油雾化影响的重要性基础上,对高压共轨燃油喷射系统内部流动开展研究。首先,在HYDSIM软件下对燃油喷射系统内部流动进行了一维模拟,分析了不同共轨压力下燃油喷射系统内部的流动特性。随后,利用先进的同步辐射同轴相衬成像技术测量喷嘴内部精确结构,在FIRE软件下建立较为准确的喷嘴CFD模型,进行喷嘴内部空穴流动的三维数值模拟。
之后,提出一种耦合喷嘴内部空穴流动的喷雾模拟计算方法,在FIRE软件下,实现了喷嘴内空穴流动和喷雾的耦合模拟。分别在可视化光学发动机和高压共轨试验台架上进行低压和高压喷雾试验,对所建立的耦合喷嘴内流动的喷雾数值计算模型进行了试验验证。在此基础上,探索性地提出另一种耦合喷雾模拟方法,即将近喷孔区喷雾近场欧拉喷雾模型与喷雾远场拉格朗日离散液滴喷雾模型(DDM)三者相耦合,并在FIRE软件和Star-CD软件中初步得到了成功实现,强化了发动机CFD模型中喷雾雾化模型的薄弱环节。
首次利用经验证的耦合喷嘴内部空穴流动的喷雾数值计算模型开展数值模拟,直观分析了喷嘴几何结构尺寸,包括喷孔长径L、喷孔入口圆角半径r、喷孔倾角Υ以及压力室形状(STD、VCO、IMPROVED)等因素对柴油机喷雾特性的定量影响,为柴油机燃油喷射系统的优化提供理论依据。
柴油机;高压共轨喷射系统;喷嘴内部;空穴流动;耦合模拟;燃油雾化
江苏大学
硕士
工程热物理
王谦;何志霞
2012
中文
TK423.84
78
2012-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）