柴油机喷孔内流动及射流初始破碎过程研究

为研究喷孔内燃油流动特性与近孔区射流初始破碎的过程及影响因素,搭建柴油机燃油喷射雾化的可视化试验平台,采用高速可控闪光摄影及显微成像技术,同时,基于计算流体力学(CFD)软件OpenFOAM、大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)理论和VOF(Volume of Fluid)方法,分别开展柴油机喷孔内流动及喷雾特性可视化试验和数值计算。结果表明:喷孔内燃油流动呈现空穴流动,空穴从压力室开始,逐渐向喷孔内发展。喷油压力决定近嘴区射流破碎形式,喷油压力20 MPa时,射流呈现Rayleigh破碎;喷油压力40 MPa时,射流呈现第一、第二风生破碎;喷油压力60 MPa时,射流呈现雾化破碎。射流破碎从射流“伞形”头部开始,射流头部气/液相界面处存在很大的速度和压力差,引起射流头部的首先破碎。数值模拟还展现射流初次破碎以及液滴的二次破碎过程。

基于气液两相流大涡模拟研究柴油喷射的雾化过程

采用气液两相流大涡模拟对燃油雾化过程进行数值模拟。通过建立不同的计算边界研究了喷油器结构对喷孔内流及近喷孔区域燃油雾化特性的影响。在对比分析射流结构和喷孔内外流计算结果的基础上,讨论了射流初始扰动的产生机理及燃油雾化机理。根据计算结果发现:喷油器结构对喷孔内流有重要影响,实际喷油器的复杂结构会使燃油在离开喷孔前发展为湍流,湍流是导致初始扰动具有复杂频率和振幅组成的原因。边界突变是产生喷孔出口区域轴对称初始扰动的原因,该类型初始扰动具有单一的频率和振幅。