1、1柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟摘要：为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理，根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型，并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析，得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律：随着喷油嘴入口处的曲率半径增大，喷孔内气相体积分数越来越小，空穴层的厚度也越来越薄，高压喷油嘴雾化性能变差；随着压力波动幅度的减少，喷油嘴出口质量流量变化越来越小，有利于喷油嘴喷油量的精确控制；燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强，但是压力的增大更有利于空穴增强，从而
2、有利于燃油雾化. 关键词：喷油嘴；空穴流动；压力波动；数值模拟 中图分类号：TK402 文献标识码：A 随着严格排放法规的制定及人们环保意识的增强，拥有良好排放性能的柴油机高压燃油喷射系统越来越引起关注.实验研究表明1-3，柴油机高压喷射过程中喷油嘴内部的空化过程对燃料在气缸内雾化及燃烧起着非常重要的作用.一方面由于喷孔内部流动的不规则及极度紊乱，油束在喷孔出口处已经分裂为细小的油滴，在离开喷嘴时，雾束表面已经形成了初始扰动源，即所谓的初次雾化，使得油滴和气体的混合更加均匀，使喷雾锥角增加，取得良好的雾化特性；另一方面，随着喷油压2力的提高，空穴造成流体流动紊乱，引起能量损失，使得喷油嘴流量系
3、数降低，影响喷油器工作可靠性，甚至使喷油嘴堵塞，造成柴油机工作故障和性能恶化4-5.因此，全面深入地研究探讨喷油嘴内部的空化机理显得非常重要. 对于柴油机高压喷油嘴而言，其几何尺寸非常小，工作压力高，通过喷孔的流速可达到几百米每秒的数量级，在可视化技术手段不成熟的条件下，很难通过实验的方法获得喷油嘴内部详细流场参数，数值模拟便成为研究的重要手段6.本文采用拟流体模型模拟对称垂直四孔柴油机喷油嘴内部的空化流动过程，并研究曲率半径、喷油嘴压力波动等因素影响喷油嘴空化流动过程和喷油嘴出口截面流量的规律. 1 空化效应数学模型 高压喷油嘴喷射过程柴油气泡两相湍流动相当复杂，为此，提出以下假设：柴油气泡
4、两相湍流流动为稀疏悬浮体两相流动；高压喷油嘴喷射过程为物理过程，不考虑化学过程；高压喷油嘴喷射过程温度恒定，无需求解能量方程. 3 结论 1）高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟结果和实验结果表明：随着喷油嘴入口处的曲率半径增大，喷孔内气相体积分数越来越小，空穴层的厚度也越来越薄，高压喷油嘴雾化性能变差；随着压力波动幅度的减少，喷油嘴出口质量流量变化程度越来小，有利于喷油嘴喷油量的精确控制. 2）超空穴流能更好地起到雾化流体的作用，但同时使得喷油嘴内流3量系数减小，降低喷油嘴的工作性能，为提高喷油嘴的喷油性能，应综合考虑喷油嘴初次雾化及出口流量等因素. 3）喷油压力的提高及燃油温度的变化使得燃油
5、的物理特性产生变化，燃油温度、压力升高使得喷油嘴内部空化现象得到加强，但是压力的增大更有利于空穴增强从而有利于燃油雾化. 4）柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟研究结果可为柴油机高压喷油嘴的优化设计提供坚实的理论基础与技术保障. 参考文献 1TAMAKI N， SHIMIZU M， NISHIDA K， et al . Effects of cavitation and internal flow on atomization of a liquid jetJ. Atomization and Sprays， 1998， 8（2）： 179-197. 2SOTERIOU C， ANDRE
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