喷油器内空泡形成过程及气液两相流数值模拟

• 作 者: 邹振宇
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 喷油器 空化 数值模拟 喷雾 两相流

燃油喷油器的喷射和雾化性能,决定了喷雾和混合气的质量,进而直接影响发动机的燃烧与排放特性。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性能的影响尤为突出。空穴现象的研究目前已经成为发动机及相关领域的一个热点。空穴现象是个很复杂的物理过程,由于喷孔的尺度十分细小,并且内部的液流为高速、高湍流的气液两相流,用实验方法研究空化现象十分困难。为此本文主要利用商用CFD软件——Fluent对喷油器中的空化现象以及喷射出的空化流进行数值模拟研究。论文综述了空化现象的基础理论,介绍了CFD软件数值模拟的相关知识:具体建立了喷油器的几何模型:确定了运算的物理和数学模型以及相关的条件;根据对模拟结果的分析,总结出喷油器中形成空化现象所需的几何、物理条件,以及其他参数对空穴现象的影响。具体完成的研究工作主要有:(1)模拟二维微管中空泡形成过程,分析、讨论了不同的进出口压力差对二维微管空化流的影响。通过模拟计算结果,得出不同长度、不同直径、不同进口圆角对二维微管空化流的影响。(2)对一台真实柴油机喷油嘴喷孔中空泡的形成和演变过程进行了数值模拟,与简化模型——二维微管空化流的特征进行对比,分析不同计算时刻真实喷嘴空化流的形成过程与特征。(3)考虑空化影响,模拟了液体射流的流动特性和参数分布,并与不考虑空化现象的射流过程进行对比,总结出空化现象对液体射流喷射和雾化特性的影响。(4)定义喷孔的扩张收缩系数,模拟同一工况下,不同扩张收缩系数喷孔中空化现象的演变过程。分析喷孔中的空化流强度随喷孔扩张与收缩程度的变化,以及扩张收缩系数对喷孔空化流影响形成的原因。