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直流喷嘴的加工表面形貌及其对液流喷射影响的研究

赵朝夕  
【摘要】:燃油喷嘴的加工表面形貌是影响其喷射质量的重要因素之一,很大程度上决定了发动机的燃烧性能与排放性能。为了精准地控制燃烧组织精度,通常要求喷嘴直径一般在几百个微米。因此其加工表面形貌单元的相对尺度很大,若用液力挤压等常规方法去除可能会造成喷嘴的尺寸误差,乃至损伤喷嘴。为了解决这一难题,本论文则对燃油在燃烧前的喷射和对撞雾化两个阶段中,喷嘴的表面形貌,即内壁形貌和进出口毛刺对喷嘴性能的影响进行了定量分析,主要从单个射流的分裂长度、质量流量、喷雾锥角和两股射流对撞后液雾的细化程度等方面来探讨,来提前淘汰废品,提高发动机性能。首先对喷嘴的加工表面形貌进行分析,利用扫描电子显微镜(SEM)获悉了钻削喷嘴最显著的形貌特征为内壁的刀痕和出口毛刺,电火花喷嘴为内壁的复合凹坑。由于传统的二维表面粗糙度参数Ra有一定局限性,故还要借助其他评定参数来描述,结合频谱分析对表面形貌做进一步的解读,利用快速傅里叶变换FFT实现二维点阵的时频转换,得到幅值图和功率谱密度图,并建立了喷嘴的三维模型。其次,运用FLUENT软件完成了喷嘴加工表面形貌对喷嘴内部流动影响的仿真模拟,这是探究出口射流的前提。喷嘴入口压力决定了内部的流型,并结合数值计算和仿真模拟得出内部流型变化的转捩点。具体探讨了喷嘴加工表面的不同形貌分别对每种流型在流线分布、速度分布和静压力分布上的影响。同时也分析了对于不同长径比的喷嘴的表面形貌与喷嘴出口速度和质量流量的关系。最后,对喷嘴加工表面形貌对射流影响进行仿真模拟,并搭建射流实验台验证仿真的部分结果。仿真部分探讨了单孔射流中入口压力与粗糙度同喷雾锥角、分裂长度、出口平均速度、质量流量和流体沿程损失的关系,钻削出口毛刺对射流的影响规律,以及互击式喷嘴的内壁形貌与索特平均直径的联系。最后完成验证试验,通过对比实验与仿真结果,总结了造成其间差异的原因。


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