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柴油机喷油器喷孔内空化特征及机理研究

作　者: 董庆兵
导　师: 杜青
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 空穴柴油机喷雾高速摄影 CFD 模拟
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

柴油机中喷油嘴作为喷射系统的终端,对燃油雾化的质量、油束与燃烧室的配合、喷油持续期的长短有决定性的影响,并且直接影响着缸内的燃烧质量。喷油嘴的喷雾质量是影响柴油机性能的一个重要因素。良好的雾化效果能够在提高柴油机动力性能的同时降低有害物排放,改善燃油经济性。影响燃油喷雾混合特性的因素很多,其中喷油器中的空化现象对喷油器工作特性的影响尤为突出。喷嘴喷孔内的空穴给液流造成的紊乱对液体喷束雾化造成的影响,远远大于由于喷束与周围空气产生摩擦所造成的影响。但是到目前为止,对空穴还没有完全的研究透彻,主要在于实际柴油机喷嘴的尺寸很小,加之喷射压力很大以及空穴存在的时间很短暂。本文采用高分辨率相机对大尺度喷孔进行可视化研究,通过对进出口压力的调节研究了无量纲数(雷诺数和空化数)、实际射流参数(入口压力、出口压力、针阀升程)和喷嘴的结构参数(喷孔倾角、喷孔直径、喷孔长径比、入口倒角)对喷孔内空化的发生、发展及其溃灭的影响。实验结果表明,空化数对空化效应的影响较为明显,空化效应随空化数增大而增大;空化效应随雷诺数的增大也益为剧烈,但不如空化数影响明显;实际射流参数和结构参数中凡是有利于增大空化数,抑制喷孔中燃油流动的因素都会使空化效应增强。因此增加入口压力、降低出口压力、降低针阀升程、减小喷孔倾角和直径、增大长径比、存在入口倒角都会促使空化的产生,使空化提前。然后对比小尺度喷油器出口的喷雾形态及其粒度的大小进行结果分析,并对结果进行CFD 模拟结果进行了分析。结果表明,喷雾形态随着入口压力的增大和空化数的提高而越来越好,喷雾锥角及贯穿距也越来越大;粒径随着入口压力和空化数的升高而越来越小,实验的测量结果与模拟基本吻合。深入研究柴油机喷嘴喷孔内的空穴流动无论对柴油机燃油的喷射雾化机理,还是对改善柴油机的燃烧和降低排放都具有重要的实践意义。而且,掌握柴油机喷嘴喷孔内的空穴流动机理对其他很多的机械工业都具有重要的指导意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 空化现象产生的原理及空化数的定义  8-11
    1.1.1 空化现象产生原理  8-10
    1.1.2 空化数的定义  10-11
  1.2 空化现象的实验及数值模拟研究现状  11-13
  1.3 本文的主要研究工作  13-15
第二章大尺度喷嘴实验系统组成  15-23
  2.1 流体动力学中的相似性  15-18
    2.1.1 流体力学相似条件  15-16
    2.1.2 相似判据  16-17
    2.1.3 决定性相似准数  17-18
  2.2 大尺度喷嘴实验系统的组成  18-22
    2.2.1 供油系统  19
    2.2.2 喷射系统  19-20
    2.2.3 数据采集系统  20-22
    2.2.4 真空背压系统  22
  2.3 本章小结  22-23
第三章大尺度喷嘴实验结果分析  23-48
  3.1 空化现象的特征规律  23-24
  3.2 无量纲数对空化效应的影响  24-33
    3.2.1 空化数对空化效应的影响  24-29
    3.2.2 雷诺数对空化效应的影响  29-33
  3.3 实际射流参数对空化效应的影响  33-38
    3.3.1 入口压力对空化效应的影响  33-36
    3.3.2 背压对空化效应的影响  36-37
    3.3.3 针阀升程对空化效应的影响  37-38
  3.4 结构参数对空化效应的影响  38-47
    3.4.1 喷孔倾角对空化效应的影响  38-40
    3.4.2 喷孔直径对空化效应的影响  40-43
    3.4.3 喷孔长径比对空化效应的影响  43-44
    3.4.4 入口倒角对空化效应的影响  44-45
    3.4.5 半球孔尖角过渡对空化效应的影响  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章实际尺度喷嘴实验系统组成及结果分析  48-61
  4.1 喷雾实验的测量方法  48-49
  4.2 实际尺度喷嘴系统组成  49-55
    4.2.1 喷雾系统的组成  49-51
    4.2.2 图像采集系统  51-52
    4.2.3 粒度测量系统  52-55
      4.2.3.1 激光粒度仪及其工作原理  52-53
      4.2.3.2 激光粒度仪的参数说明  53-55
  4.3 测量结果的分析  55-59
    4.3.1 喷雾图像结果的分析  55-58
    4.3.2 喷雾粒度结果的分析  58-59
  4.4 本章小结  59-61
第五章全文总结及展望  61-63
  5.1 全文总结  61-62
  5.2 展望  62-63
参考文献  63-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

柴油机喷油器喷孔内空化特征及机理研究

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