高压共轨式柴油机空穴湍流初次雾化机理及喷雾模型的研究

行业:城市公共交通运输

成熟度:通过中试

项目简介

  本项目针对柴油机高压共轨式喷射系统内部所存在的空穴湍流流动对喷雾雾化特性的影响机理尚不清楚及发动机CFD模型中喷雾雾化模型非常薄弱,进而影响到高压共轨式发动机喷雾,乃至燃烧排放性能进一步提高的问题,将现代化的激光测试及高速成像技术和数值模拟方法相结合,研究揭示了喷嘴空穴流动特性及空穴湍流初次雾化机理,并基于此,建立了耦合喷嘴内流的欧拉-拉格朗日CAV-ELSA喷雾模型,解决了喷雾研究中喷嘴近场喷雾稠密及喷雾多尺度耦合问题。提出了新型的喷油嘴结构,获得了较低喷油压力下良好的雾化效果。

  研究成果通过机械工业联合会成果鉴定,认为该成果总体上达到国内领先水平,在喷嘴内部空穴流动特性和CAV-ELSA喷雾模型方面达到国际先进水平。

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  图1 喷嘴内部空化流动可视化实验和数值模拟

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  图2不同结构喷嘴及不同介质下各流态临界条件

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  图3耦合喷嘴内部流动的ELSA喷雾模型  图4 耦合模型模拟结果与试验结果的比对

  性能指标

  (1)获得喷孔内部从单相湍流、部分空穴流、超空穴流及水力柱塞流四种流态的流动特性,并确定出对应结构喷嘴四种流态出现的临界条件;得出了实际尺寸喷油器喷嘴出现空穴流动的临界条件。

  (2)建立起新的CAV-ELSA喷雾模型,在解决喷嘴近场喷雾稠密及喷雾多尺度耦合问题的同时,可以更为精准地捕获喷嘴内流对喷雾雾化的影响。

  (3)揭示了喷嘴空穴湍流初次雾化机理,并基于此提出了一种新型的丝网雾化喷油嘴结构,即使在较低喷油压力下依然可以获得良好的喷雾雾化效果。

  (4)提出了驼峰形的喷油规律曲线,在保证良好的动力性和NO排放性能基础上,具有更好的经济性和更低的Soot排放。

  适用范围、市场前景

  适用范围:柴油机燃油喷射系统。改善柴油机燃油喷射及喷雾特性,更为准确的获得缸内喷雾燃烧规律,进而有效地指导减少柴油机的尾气排放,改善噪声、燃油消耗等方面的综合性能。

  市场前景:柴油机排放法规的日益严格和苛刻,高压共轨式喷射系统今后的需求量将十分巨大。除此以外,微小喷嘴内新型空穴雾化理论也可推广至更广领域内的液体射流喷射雾化过程,包括锅炉、制药、消防和农业灌溉等,从而可指导改善相关设备的喷雾特性及其工作性能。