● 摘要
柴油机喷油系统中普遍存在空穴，空穴的产生对柴油的雾化有着重要的影响。由于喷油嘴尺寸微小，试验观测难以进行。本文结合国内外的试验研究，通过计算流体力学方法对喷油嘴内部的流动进行了模拟研究。本文建立了喷孔内空穴流动的计算模型，并以国外相关喷孔试验结果对计算模型进行了验证，在此基础上，建立三维动网格，对不同喷射压力、不同几何结构的喷嘴在针阀升程0.02-0.25mm范围内的单相瞬态流场进行了模拟计算，并利用建立的空穴模型，对不同针阀升程时刻、不同几何参数下的喷嘴流场进行了模拟分析。验证结果表明，模拟计算结果与试验结果有较好的符合性，这表明建立的喷孔内空穴流动的计算模型是有效的。研究结果表明，在针阀升程较小时，随着升程的增大，流场瞬时变化较大，压力室内的压力迅速增加，使得喷孔出口速度迅速增加；达到一半升程后，随着升程进一步增大，流场的变化较小，出口速度增加较小。提高喷射压力可以显著提高出口速度和出口处的湍动能。采用小孔径和小长径比的喷孔也可以得到更高的出口速度，但是长径比对出口速度的影响远小于孔径的影响。较小的喷孔锥角和无压力室型的喷嘴虽然使出口速度有所下降，但是在喷孔出口处可以得到较大的湍动能，有利于柴油的雾化，在这一方面与相关的试验结果有较好的一致性。研究结果还表明，几何参数对喷孔入口处空穴的产生有着重要的影响，这主要是通过改变柴油的流动方向，从而改变流场压力梯度的变化而实现的。在较小升程时，在喷孔入口下部有空穴产生，而在较大升程时，空穴主要出现在喷孔入口下部；较小的喷孔锥角能产生较大的空穴区。喷孔内产生空穴时，柴油的流通截面积减小，气泡的不断生成和溃灭增强了喷孔内部的湍流强度，空穴对流动的影响可以传递到喷孔出口，并对柴油的雾化产生积极的影响。