柴油近场喷雾初期形成过程的研究

为了更好地理解喷油初期柴油喷雾的形成过程,利用长工作距离显微镜头和高速摄影相结合的方法,试验研究了不同喷油压力、环境压力以及喷孔长径比下喷油初期单孔柴油喷油器喷孔下方3.5 mm内的近场喷雾特性.结果表明,在喷油初期阶段,喷雾贯穿度存在一个加速发展过程,而油束的破碎区域由头部破碎区和液柱破碎区组成.燃油喷出后,油束头部先产生破碎,形成了一个随时间发展而逐渐增大的伞状头部,并伴随油丝剥离现象的产生,同时喷油压力越大,相同喷射时间下的头部破碎区域越大,油滴群分布范围越广;液柱区初始破碎的时间要晚于头部破碎区.随着空化流发展至孔外,液柱区开始产生破碎,油束宽度明显变大,柱状形态逐渐消失,导致近场喷雾锥角迅速增大;当环境压力为4.5 MPa、喷油压力从80 MPa增加至140 MPa时,喷雾液柱区开始破碎的时间由72μs提前至36μs;当喷油压力为120 MPa、环境压力从2.5 MPa提高至4.5 MPa时,喷雾液柱区的破碎时间也相对推迟,同时喷雾贯穿度和喷雾面积明显减小;当喷油压差平方根呈线性增加时,相同喷油时间下喷雾前端速度的增加幅度明显变大.当喷孔直径不变时,减小喷孔长度,喷雾贯穿度增加,喷雾液柱区的破碎时间提前,近场喷雾锥角相对增加,破碎程度随之增大,油束破碎区域也更加对称.

柴油耦合喷嘴内空化流动对近场喷雾影响的模拟

柴油机共轨压力的提高使空化现象快速发生而影响柴油近场喷雾的初次破碎,进而对后续燃烧和排放产生作用.因此搭建了单孔柴油喷油器内外流耦合喷嘴三维数值模型,并进行了验证.在此基础上,模拟研究了针阀开启初期不同喷油压力下空化流动对近场喷雾特性的影响.模拟结果表明,喷孔内空化发展经历了3个阶段:单相流区(Fv<0.3%)、空化发展区(0.3%<Fv<21%)及超空化区(Fv>21%),且空化发展中会伴随云空化的产生.喷油压力越大,空化初生时间越早,发展速度越快.进入超空化区后,空化气泡溃灭最先引起近场喷雾上游的主液柱区的破碎,破碎区逐步向喷雾下游延伸.空化引起喷雾破碎粒径减小,液滴数增加.空化使得喷雾径向速度增大,径向扩展能力增强,使得喷雾锥角增大.空化区涡值大,旋涡结构小且旋转强度大,进入喷射腔后增强了对喷雾的扰动,使得喷雾液芯变细,促进了液芯外侧的喷雾破碎.