船用柴油機(jī)噴嘴內(nèi)空化流動及燃油霧化機(jī)理研究.pdf

1、船用柴油機(jī)由于其功率大被廣泛地應(yīng)用于大型船舶上。噴霧特性是影響船用柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒的重要因素，而在噴霧上游，噴油器內(nèi)空化現(xiàn)象又直接影響其噴霧特性，因此為了改善噴油器霧化質(zhì)量以提高船用柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性，就必須對空化流動及燃油霧化機(jī)理有非常清楚的認(rèn)識。
　　目前，針對空化及霧化機(jī)理的研究大都集中于普通的柴油機(jī)，而對于大功率船用柴油機(jī)的研究較少。由于船用柴油機(jī)噴油器相對于普通柴油機(jī)有著較大的噴孔直徑、較高的缸內(nèi)環(huán)境壓力以及

2、較長的噴射時間，而這些因素對噴霧特性影響較大，因此針對船用噴油器研究具有重要意義。
　　本文以理論分析為基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬的方法，對噴油器噴嘴內(nèi)部空化流動及燃油霧化機(jī)理進(jìn)行分析，并與試驗結(jié)果對比來驗證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性，具體工作與成果如下：
　　首先對船用噴油器進(jìn)行三維建模，并對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建立柴油液體-柴油蒸汽兩相空化模型，并結(jié)合單氣泡動力學(xué)對船用柴油機(jī)噴油器內(nèi)空化流動進(jìn)行數(shù)值模擬。基于快速傅立葉變化對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)

3、行分析。結(jié)果表面：隨著噴射壓力增大，噴嘴內(nèi)壓力波動越劇烈，且沿軸線方向從噴嘴入口到出口波動逐漸變大，波峰均出現(xiàn)在300-500 Hz之間。隨著噴射壓力增大，空化現(xiàn)象越明顯，流量系數(shù)變小，但質(zhì)量流率增大。
　　其次，本文首次提出噴霧初始參數(shù)公式，基于空化結(jié)果，將初始參數(shù)計算公式應(yīng)用于霧噴霧數(shù)值模擬中。通過建立基于 Samagorinsky-Lilly大渦模型、O'Rourke液滴碰撞模型以及WAVE液滴破碎模型，研究噴射壓力對霧化特

4、性的影響。結(jié)果表明：噴霧初期貫穿距與時間成正比，而噴霧中后期，貫穿距增大的速度逐漸減緩；船用柴油機(jī)由于較大的噴孔直徑和噴油壓力，使其霧化具有較大的噴霧錐角和貫穿距；噴霧體積隨噴射壓力的提高而變大，船用柴油機(jī)射流邊緣出現(xiàn)的塊狀結(jié)構(gòu)會回到噴霧主體內(nèi)，而噴霧頭部塊狀則保持本來的形狀不變；索特平均直徑隨著噴射壓力的提高而變小，每提升20MPa噴射壓力，索特平均直徑減小約9％。
　　最后將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗對比，發(fā)現(xiàn)模擬的油束圖像及貫穿距均