喷油器喷嘴内部两相流动的数值模拟分析

admin · 发表于 2024-1-28 08:24:09

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喷油器是柴油机的重要部件之一。喷油器的喷嘴用极大的喷射压力喷出由小液滴组成的高速喷雾，喷雾的质量从根本上决定了柴油机的燃烧效率，整体动力性能输出和污染物的控制。对喷射流动的研究有助于研究人员设计出更好的喷油器。为了研究喷油器内部的气穴现象，采用一种新的方法建模并进行瞬态两相流动的数值模拟。首先求解针阀开启时刻的稳态流场，然后导入自编的程序进行瞬态流场的计算。自编程序设定模型边界条件，控制针阀运动和进行数据统计。初始计算条件来自稳态流场，每一步瞬态计算都依赖之前流场的计算结果。这种建模方法保证了数值模拟的连贯性和真实性，确定喷油器初始条件就可以完整地计算喷油过程，得到每一时刻喷油器内部的压力分布和两相流分布等数据。研究结果表明，这种新的建模方法是可行和有效的，其数值模拟结果和油泵试验平台的实验结果相吻合，并能揭示出喷油器喷嘴入口处气穴现象的产生、发展和消失过程。这为进一步深入开展柴油喷油系统两相流动特性研究提供了一种新的途径。瞬态数值模拟方法可以预测喷油器瞬时喷油率和一个循环的喷油量，从而分析喷油器的喷射特性。通过研究不同油泵转速下喷油器的燃油喷射率和气穴现象之间的关系，发现高转速下喷油器的燃油喷射率较高，喷嘴内部的气穴现象强烈，出口湍动能较高，有利于燃油的雾化，带来高质量的燃烧，降低碳氢类污染物的排放。对不同喷射压力和背压下的喷油器进行数值模拟，发现喷射压力越高，喷嘴的燃油喷射率越高。最后进行了高压共轨喷油器喷油特性的研究，分析了不同喷孔形状下喷油器的燃油喷射率、喷嘴内部的气穴现象和湍动能的分布。多喷孔的小孔径喷油器比较适合高压共轨喷油系统，其喷油效率高，容易实现多次喷油的精确控制。入口倒角较大的喷嘴和圆锥型喷嘴的燃油喷射率和出口湍动能很高，有利于形成良好的燃油喷雾。本文提出了新的瞬态数值模拟方法研究柴油机喷油器内部的两相流动，预测喷油器的瞬时喷油率，揭示了喷嘴内部的气穴现象和湍动能分布。数值模拟结果可以辅助喷油器设计，改善喷油器的喷嘴结构，提高喷油器的燃油喷射率和雾化效果。

喷油器喷嘴内部两相流动的数值模拟分析

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