用高速相机研究轴针式喷油嘴流动特点

柴油机非对称喷油嘴内部空化流动特性的数值研究苏航宇;韩振南;刘邱祖【摘要】柴油机喷油嘴内部喷嘴流量和空化现象直接影响到燃油的喷射和雾化,进而影响柴油机的性能和排放.以两种非对称柴油机喷油嘴——小压力室喷油嘴(mini-sac)和无压力室喷油嘴(VCO)为例,通过Fluent软件对其进行空化和流量数值仿真,研究入口压力和背压参数对质量流量变化的影响.研究结果表明:在相同进出口压力下,mini-sac型喷油嘴各孔的流量均比VCO型的大;在较低和中等进口压力下VCO型喷油嘴各孔比mini-sac型更容易产生空化,而在较高的进口压力下这两种类型喷油嘴各孔产生空化难易程度基本一致;当进口压力不变时,随着出口压力的降低,在无空化产生时其质量流量与压力差呈线性关系;当空化出现时其质量流量继续增加,当出现超空化现象时该孔的质量流量不再变化;随着各孔的轴向夹角的增大,流量越小,空化越容易;对于这两种喷油嘴来说,只有mini-sac型孔3和孔4的空化出现在喷孔的上端和下端,其余孔的空化都只产生在上端.%The nozzle flow and cavitation of diesel engine nozzle directly affected the fuel injection and atomization,which affected the performance and emissions of diesel engine.Taking two asymmetric nozzles of mini-sac and VCO as examples,the influences of entrance pressure and back pressure on mass flow rate were researched through the simulation of cavitation and flow with Fluent software.The results show that the flow of each orifice for mini-sac nozzle is larger than that for VCO nozzle.VCO nozzle is easier to produce cavitation at low and medium pressure,but the probability to generate cavitation for both types of nozzles is nearly the same at high pressure.The mass flow is linear to pressure difference with the decrease ofoutlet pressure at constant inlet pressure when the cavitation doesnot occur,increases continually when the cavitation happens and keeps unchanged when the super cavitation happens.In addition,the mass flow becomes small and the cavitation becomes sensitive with the increase of axial included angle.For the two types of nozzles,the cavitation of orifice happens mainly at upper part except that that the cavitation of third and fourth orifice for mini-sac nozzle happens at upper and lower part.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】6页(P48-52,58)【关键词】柴油机;喷油嘴;空化;数值模拟【作者】苏航宇;韩振南;刘邱祖【作者单位】太原理工大学,山西太原 030024;太原理工大学,山西太原 030024;太原理工大学,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TK423.84在实际商业使用中的现代柴油机喷油器喷嘴有很多类型，而最常见的两种是小压力室喷油嘴和无压力室喷油嘴。

GDI多孔喷油器内部流动及喷雾特性研究的开题报告一、选题背景及意义随着汽车工业的快速发展，内燃机是汽车动力的主要来源。

而喷油器是内燃机中重要的部件之一，其喷油精度和喷油特性直接影响着发动机的燃烧效率和排放性能。

GDI（Gasoline Direct Injection）多孔喷油器是目前GDI发动机中最常用的喷油器类型。

不同于传统的PFI（Port Fuel Injection）喷油器，GDI多孔喷油器可以直接将燃油喷射到燃烧室中，使得燃油能够更有效地燃烧，提高了发动机的功率和燃油经济性。

因此，研究GDI多孔喷油器的内部流动和喷雾特性对于提高发动机的性能和降低其环境污染有重要意义。

二、研究内容及方法本文将以GDI多孔喷油器为研究对象，通过数值模拟和实验相结合的方法，探究其内部流动和喷油特性。

具体包括以下研究内容：1. 建立GDI多孔喷油器内部流动模型，通过CFD（Computational Fluid Dynamics）软件对其内部流动进行数值模拟，探究不同条件下燃油喷射的流场分布和变化规律。

2. 建立GDI多孔喷油器喷雾模型，通过实验方法测量其喷雾特性，包括喷雾锥角、漂移速度和喷雾粒径等参数，并与数值模拟结果进行比较和分析。

3. 研究GDI多孔喷油器的喷油量和喷油时序对喷雾特性的影响，并分析其与发动机性能的关系。

三、预期成果及意义本文预期通过数值模拟和实验方法综合探究GDI多孔喷油器的内部流动和喷油特性，从而获得以下预期成果：1. 建立GDI多孔喷油器内部流动和喷雾模型，获得其流场分布和喷雾特性的定量化数据。

2. 探究喷油量和喷油时序对喷雾特性的影响机理，并分析其与发动机性能的关系，为GDI发动机的优化设计提供参考。

3. 基于本文的研究成果，提出GDI喷油器的优化方案，以提高其喷油精度和喷雾特性，从而进一步提高发动机的功率和燃油经济性，降低其环境污染。

２ ２
通过试
验 得 出 喷 油 器 出 口 压 力 对 喷 油 率 的 影 响； Ｑ ｉ ｕＴ
４］ 等［ 通过数值模拟研究了喷射背压对喷嘴内部空化
发展的影响 ， 特别是在堵塞过程中的流动特性 ； 邵壮
５］ 将高速摄影和长工作距离显微成像技术应用在 等［
可视化试验台上 ， 分析了喷嘴几何结构对空穴临界 初生现象的影响 。 由于 现 代 柴 油 机 的 压 缩 比 逐 渐 提 高 ， 其进气压 力也在不断增加 ， 并且预喷会使在开始主喷时缸内 压力很高 ， 导致喷 油 嘴 的 出 口 压 力 不 断 增 加 ， 因 此， 柴油机燃油喷射特性必须考虑出口压力的影响 。 本 研究采用不同的进口压力和背压来分析两种非对称 内部流动的质量流量和 喷油嘴 （ ｍ ｉ ｎ ｉ ｓ ａ ｃ和 Ｖ Ｃ Ｏ）
·４ ９· ２ ０ １ ７ 年 ８ 月 苏航宇 ，等 ：柴油机非对称喷油嘴内部空化流动特性的数值研究
ˇ 式中 ： ∬ 相切 τ ’ 为压力 ； ∬ 为∬ 相雷诺应力 ； ∬ 代表 应力 ； Ω∬ ∯ 为∬ 相的界面力 ； 为重力加速度 。
２ ０ １ ７ ０ ４ １ ８；修回日期 ： ２ ０ １ ７ ０ ７ ２ ０ 收稿日期 ：
∬ ２
动量方程为 （ ˊ α ∬· ∬· ∬） ρ ·（ ˊ ˊ ＋ ＝ α ∬· ∬· ∬· ∬） ρ ˇ ˇ ） ·’ ＋ ·（ －α ＋ α τ ∬· ∬ ·（ ∬ ＋ ∬）
２ ２
＋ α ∬· ∬· ρ
∯＝１， ∯≠∬
∑
Ω∬ ∯ ＋ˊ ∬
∯＝１， ∯≠∬
∑Γ
∬ ∯
。 （ ） ３
， 男， 硕士 ， 主要研究方向为柴油机燃油喷射系统的优化设计 ； １ ９ ９ ３—） ２ ２ ８ ０ ３ １ ０ ３ ９ ６＠ｑ ． ｃ ｏ ｍ。 作者简介 ：苏航宇 （ ｑ ， 男， 教授 ， 主要研究方向为车辆传动故障诊断分析 、 车辆振动与噪声控制 ； ＿ １ ９ ５ ８—） ｚ ｈ ｅ ｎ ｎ ａ ｎ ｈ ａ ｎ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ。 通讯作者 ：韩振南 （

附录：FASTCAM-ultima 512 使用操作方法简明................................................. 72
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实验一
多缸高压油泵供油均匀性调整实验
一．实验目的： 1.了解多缸高压油泵各柱塞之间的供油间隔角、柱塞泵油的不均匀性。 2.掌握多缸高压油泵供油均匀性的调整方法。 3.了解油泵试验台的结构、原理和操作方法。 二．实验设备 1.高压油泵（4 缸Ⅰ号泵，标定转速 1250rpm。 ） 2.12psy100 高压油泵实验台 三．实验设备结构及其操作方法简介: 1.实验台简介 12psy100 高压油泵实验台由液压无级调速系统、计数显示机构、计量机构和控制系 统组成。无级调速系统可以在 0-3000rpm 范围内任意调节转速，由操作手柄控制。转速采 用电子计数器计数和数码管显示。燃油用玻璃管计量，最大范围 45/150ml 分两档，恒温 控制。能对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、M、A、B、P、ZW、C 等型号的高压油泵进行各种性能实验。 2.操作方法 1)供油量调整方法： 用工具拧松柱塞套筒与齿条的紧固螺丝， 借调整套筒与齿条的相对位置， 调整供油量。 （套筒向左调整，油量增加。向右调整，油量减少。 ） 2)转速的调节: 电动机启动之后,转动调速手柄即可调节实验台输出轴的转速。从零位向一个方向旋 转调速手柄，实验台输出轴的转速逐渐提高。将调速手柄反向转动, 实验台输出轴将反向 旋转。 3)燃油系统的压力调节 燃油系统的压力用调压阀调节。调压阀的手轮在试验台顶部转速表处，当顺时针方向 旋转手轮时，压力可在 0.04～0.4Mpa 范围内调节；逆时针方向旋转时，可在 0.04～4MPa 范围内调节压力。压力油从试验台的供油接头经油管送到被试验喷油泵。 4)供油始点的调整 首先将第一缸柱塞置于下止点，然后按规定的方向缓慢均匀地用搬杆转动刻度盘。同 时注意从标准喷油器溢流管口中流出的燃油流动情况，当溢流管口的油刚停止流出时（此 时柱塞刚好封闭进油口） ，即为第一缸的供油始点。通过拧转挺杆体上的调节螺钉或用增 减垫片厚度的方法，可使喷油泵达到规定的供油始点位置。这时，应转动指针盘，使指针 对准刻度盘上的一个适当角度。