高压共轨燃油喷射雾化特性数值模拟研究

摘要

随着经济的快速发展，能源相对紧缺和环境污染正逐渐成为影响我国经济发展和社会进步的重要制约因素之一。作为传统的能源消耗大户，车用发动机的发展也必将面临着极其严峻的考验。提高燃油喷射压力是解决目前发动机发展面临的相关问题的有效手段之一。采用高压喷射可以有效地减小燃油粒径，对于发动机气液混合、组织燃烧有着重要影响，可以显著地改善发动机的动力性、经济性和排放性。本文通过跟踪国内外柴油机燃油喷射雾化特性的研究进展，对高压共轨燃油喷射雾化特性进行了研究。
　　 本文的主要研究内容和结论如下：
　　 (1)以FLUENT软件为平台，通过选择合适的模型、确定相关边界条件建立了冷态条件下高压共轨燃油喷射雾化特性二维仿真模型。以喷射压力为100MPa、气体背压为2MPa条件为基准工况，研究了喷雾贯穿距离和喷雾锥角特性以及喷雾场中的粒径分布特性。与试验结果相对比，喷雾贯穿距离和喷雾锥角的模拟计算平均相对误差分别为6.79％和9.25％，表明本文所建模型基本准确、可靠。
　　 (2)通过改变柴油机的喷射压力、气体背压和喷油器孔径三种影响参数对柴油机高压燃油喷雾特性进行全面的研究。结果表明：1)当喷射压力越大时，喷雾贯穿距离越大、喷雾锥角越小。2)当背压越大时，喷雾贯穿距离越小、喷雾锥角越大。3)当喷油器孔径越大时，喷雾贯穿距离越大、喷雾锥角越小。4)在某一种固定的喷射压力、气体背压和喷油器孔径条件下，随着喷射时间的增加，单位时间内，喷雾贯穿距离的增加值逐渐减小，喷雾锥角的增加值同样减小。
　　 (3)对喷雾场粒径分布特性进行了仿真研究。结果表明：在燃油喷射过程中，粒子的粒径随喷射时间的增加而增大；在不同喷射压力条件下，粒子的粒径随喷射压力的提高而降低；在不同气体背压条件下，粒子的粒径随背压的提高而增大；在不同喷油器孔径条件下，粒子的粒径随孔径的增大而增大。