柴油机空穴湍流初次雾化机理及喷雾模型的研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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柴油机空穴湍流初次雾化机理及喷雾模型的研究

项目名称：柴油机空穴湍流初次雾化机理及喷雾模型的研究
项目类别：面上项目
批准号：51176066
申请代码：E060404
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：何志霞
依托单位：江苏大学
批准年度：2011

中文摘要：

柴油机喷雾特性对其燃烧和排放性能具有决定性的影响。由于燃油喷雾雾化问题的复杂性，对雾化机理的认识还很不全面, 特别是近喷嘴区域的初次雾化机理和雾化模型有待深入研究。在前期对喷油嘴内部空穴两相流动的大量研究基础上，本项目采用一种全新的X射线同步辐射相衬成像技术开展近喷嘴稠密喷雾区的测试研究，获得近喷嘴区喷雾射流的内部精细结构和表面波特性，结合喷孔内部空穴流动特性，揭示空穴分布和湍流特性对近喷嘴区喷雾射流的影响机制，同时,针对喷孔内部空穴流动和近喷嘴喷雾稠密区采用欧拉多相流模型,耦合喷雾远场的DDM模型，进一步探索喷嘴内部空穴湍流特性在近喷嘴液核区的作用机理。在此基础上，建立精确的燃油喷射初次雾化模型。运用初次雾化新模型开展多结构喷嘴的喷雾特性研究，并结合喷雾特性实验，对模型进行验证、修正和完善。本项目的研究对进一步丰富和发展燃油喷雾理论和喷雾模型，改善柴油机喷雾、燃烧性能具有重要理论价值。

中文主题词：柴油机；空穴；初次雾化；喷雾模型；可视化试验

英文摘要：

Diesel；cavitation；primary atomization；spray model；visual experiment

英文主题词： Diesel；cavitation；primary atomization；spray model；visual experiment

结论摘要：

新一代内燃机燃烧技术中强化喷雾混合是关键科学问题之一，高喷油压力小喷孔直径技术发展趋势使得对耦合喷嘴内空穴湍流的近场喷雾特性研究及新型喷雾模型的建立尤为重要。本项目围绕微小尺度喷孔内空穴发生发展的瞬态性、随机性及喷雾过程的多尺度、强瞬态特性，采用同步辐射X射线技术、高速数码显微成像、激光片光成像及Micro-PIV技术，结合LES大涡模拟技术完成了本项目的研究工作。主要研究内容及重要结论如下（1）搭建不同放大比例多孔透明喷嘴内空穴流动及喷雾的可视化测试系统，解决了小喷嘴、高压力、短的喷油持续期所造成的难以试验的问题，系统开展不同结构、放大比例、背压、燃油温度下的喷嘴内流及其对喷雾影响的可视化试验，建立了较为完善的喷嘴内流实验数据库，揭示了喷嘴内空穴流动从单相湍流、空穴初生、部分空穴流动、超空穴流动及水力柱塞流等流态的流动特性，建立了喷嘴内空穴初生及水力柱塞流出现的临界判别式，揭示了空穴和湍流对喷雾初次雾化的贡献。（2）搭建高压共轨燃油喷射系统原型透明喷嘴内流可视化试验台，采用新型聚碳酸酯材料，将原型实验喷油压力由国际上的40MPa提升至80MPa，揭示了喷嘴内部随针阀快速运动时流动瞬态特性，结合比例放大喷嘴内流实验，探讨了空穴流动比例相似性、特殊的涡线空化流动机理。（3）基于同步辐射X 射线同轴相衬成像技术探讨了喷嘴内流及近场喷雾测试可行性，实现了微小喷嘴内精细三维结构的测试，基于Micro-PIV技术获得了微小尺度喷嘴孔内定量速度场。（4）基于动网格技术，采用LESVOF数值模拟方法，结合试验，全面分析了燃油喷射压力、喷射背压、喷孔直径和长度、喷孔入口圆角半径、喷孔倾斜角等几何特征参数、喷嘴不同压力室结构及针阀偏心、针阀运动、燃油物性等因素对喷嘴内部空穴流动及随后喷雾特性的影响，揭示了喷嘴内空穴流动的影响机制和喷嘴空穴湍流初次雾化机理。（5）建立起耦合喷嘴内流的欧拉-拉格朗日CAV-ELSA喷雾模型，采用喷雾近场欧拉喷雾模型耦合喷雾远场拉格朗日DDM离散液滴模型的方法解决了喷雾的多尺度耦合问题。该耦合模型向发动机CFD模型中的成功嵌入，攻克了发动机CFD模型中喷雾及雾化模型的薄弱环节。本项目研究成果有发表SCI论文10篇，EI论文20篇，出版编著1部，申请和授权发明专利16项，相关成果获省部级以上科技进步奖3项，培养博士1名，硕士9名，获江苏省优硕1名。

成果综合统计