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《吉林大学》 2014年
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GDI发动机喷嘴空化流动数值模拟研究

张蒙蒙  
【摘要】:喷油器是发动机系统的一个重要部件,能够影响燃油的雾化质量、燃烧过程及最后的排放,从而影响发动机的动力性和经济性。尤其是喷嘴内燃油流动直接影响燃油的雾化质量,从而能够影响排放和燃油经济性,研究表明随着喷射压力的升高和燃油本身的物理特性导致喷油器的喷嘴部分产生空化流动现象,空化的存在有利既有弊,有利的一面是空化流动加强了喷嘴内的湍流流动,从而增加了喷嘴的雾化质量,有害的一面是空化流动的存在同时降低了喷嘴内燃油的流动效率,并对针阀和针阀座产生侵蚀,降低了喷嘴的使用寿命。因此有必要对喷油嘴的空化流动进行研究。 GDI汽油机的高压旋流喷嘴的空化流动是一个很复杂的流动现象,在喷油嘴内很小的区域里,有很高的喷油压力和燃油速度,试验难度很大,因此需要借助计算机进行多维数值模拟燃油流动是一个有效的研究手段。本文以高压旋流喷嘴为研究对象,采用计算流体力学方法,运用Hypermesh软件建立喷油嘴的三维实体网格模型,在AVL-Fire软件中对GDI发动机喷油嘴空化瞬态流动进行数值模拟,并对模拟结果进行比较分析。 首先对空化流动的压力场和速度场进行分析,对压力场的分析得出了空化流动产生的原因,对速度场的分析得出了喷孔速度及出口燃油速度的变化规律。阐述了空化发生、形成和溃灭的规律,在针阀运动初期,在喷孔入口拐角处发生空化,随着针阀升程的增加,空化程度增强形成超空化,由于压力波动此时的超空化不稳定。其后针阀达到最大升程处,这段时间内空化开始逐渐变弱直至消失。最后针阀开始下降,在接近最小升程附近,在针阀和针阀座之间形成了环形空化,环形空化没有扩散至喷孔出口,对喷嘴产生“气蚀”,不利于喷嘴寿命。对整个针阀运动过程中的喷嘴质量流量和出口燃油速度进行了研究,得到了瞬态时喷嘴出口燃油质量流量和出口速度东风变化规律。 为了得到喷射条件和喷嘴结构对空化流动的影响,对不同喷射压力、喷射背压、不同喷孔直径及不同喷孔长度对空化的影响,同时还分析上述条件对喷嘴出口燃油质量流量和出口速度的影响,分析结果为GDI发动机喷油嘴的设计和改进提供指导方向,为喷雾模拟提供了边界条件。 分别取不同的喷射压力和喷射背压进行模拟计算,发现喷射压力越高,空化数越大,空化区域越大,空化程度越强,但是空化存在的时间变短。同时还分析了不同喷射压力下瞬态下的喷嘴出口截面的燃油质量流量和燃油速度的变化规律。喷射背压越高,空化数越小,空化区域越小,空化程度越弱,但是空化存在的时间变长,得到不同背压下瞬态时喷嘴出口截面的燃油质量流量和燃油速度的变化规律。 分别取不同的喷孔直径和喷孔长度进行模拟计算,发现喷孔直径越大,空化数越大,空化区域越大,空化程度越强,但是空化存在的时间变短。同时还分析了不同喷射压力下瞬态下的喷嘴出口截面的燃油质量流量和燃油速度的变化规律。发现喷孔长度越大,空化数越大,空化区域越大,空化程度越强,但是空化存在的时间变短。同时还分析了不同喷射压力下瞬态下的喷嘴出口截面的燃油质量流量和燃油速度的变化规律。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TK401

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【参考文献】
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