轴向柱塞泵的空穴流动特性分析与优化

为了解决轴向柱塞泵气穴复杂问题,介绍泵的运动规律,分别建立柱塞腔压力、泵进出口流量和斜盘力矩计算模型,以柱塞腔内压力和出油口流量为基准,采用正交试验、Kriging曲面插值及遗传粒子群算法,对泵中液压油含气量、进油口压力梯度、柱塞转速以及柱塞直径进行优化计算。试验表明:油液中含气量、柱塞转速和柱塞直径对腔内压力和出油口流量的显著性值均小于0.05,当柱塞转速为700 r/min,柱塞直径为8 mm,油液中含气量为3%时,柱塞腔内压力和出油口流量分别为47991 Pa和2.1 L/min,将优化结果导入AMESim单柱塞泵计算模型中,得到柱塞腔内负压为-29573.5 Pa,出油口流量2.18 L/min,并无空穴现象发生,两者计算结果吻合程度均在合理范围内,验证了控制算法的优越性。

柴油机孔式喷油嘴内空穴流动的模拟分析

利用混合多相流体模型加空穴模型的方法,模拟了柴油机孔式喷油嘴稳定喷射时嘴内的空穴流动现象,分析了空穴在喷油嘴内形成机理及其分布情况。基于这一模型进一步分析了喷射压力、背压和喷孔长径比、喷孔入口圆角比、非轴对称喷孔等几何结构参数对喷孔内空穴分布的影响。通过模拟计算可知,提高喷射压差和减小喷孔入口圆角半径都可以提高空穴强度,同时也发现提高喷孔长径比可以使空穴在喷孔出口截面上分布更为均匀。从燃油空穴雾化理论的角度出发,空穴强度的提高以及在出口截面上的均匀分布都有利于燃油的破碎雾化。

喷孔几何特征对变截面喷油孔空穴流动状态的影响

采用混合多相流模型及空穴模型相结合的方法,对喷油嘴激光打孔过程形成的变截面喷油孔内空穴流动现象进行数值模拟,重点分析喷孔几何特征对空穴流动状态的影响规律.结果表明,变截面喷孔内喷孔截面收缩或者扩张的程度及位置对孔内燃油空穴流动状态具有重要影响.截面收缩型的喷孔可在出口形成更大的空穴强度分布,利于促进燃油的初次分裂及雾化.截面扩张型喷孔可使得出口燃油速度分布更均匀,出口平均速度增大,从而提高流量系数;研究还发现,相对于直喷孔,变截面喷油孔内空穴流动状态对孔入口倒角变化的敏感性减小,这将有利于提高多孔喷嘴各孔流量及雾化的均匀性.

柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态模拟

以船用高压共轨燃油喷射系统及其匹配的电控燃油喷嘴为对象,建立了柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态计算模型。采用高压共轨燃油系统平台试验结合AMESim模拟的方法,对柴油高压喷嘴的空穴流动进行研究。研究结果表明:该方法可以较准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;电磁阀脉宽、喷孔数、喷射压力和喷孔直径对燃油喷射过程的影响较显著,喷孔夹角和长径比的影响较小;为了满足匹配发动机的功率需求,当喷孔直径为0.36mm时,喷孔数应为9～10,当喷孔数为8时,喷孔直径应为0.38～0.40mm。

柴油与生物柴油不同长径比喷嘴内空穴流动的试验

在柴油机透明喷嘴内部空穴流动可视化试验台上,基于高速数码摄影和长工作距离显微成像技术,研究了不同长径比结构的透明喷嘴内柴油和生物柴油的空穴流动特性及其对喷雾的影响,分析了空化初生和水力柱塞流出现的临界点及水力柱塞流出现过程中的流动能量损失问题.研究表明:柴油和生物柴油的空穴流动形态相似,但生物柴油比柴油难发生空化,单相流阶段,柴油的流量系数高于生物柴油,空穴发展到一定阶段,生物柴油的流量系数开始高于柴油.喷孔长度越长,空化和水力柱塞流现象越难出现,在长径比结构为8的喷嘴中没有出现水力柱塞流现象.且水力柱塞流出现的瞬间,柴油的流量系数下降程度比生物柴油大,即能量损失大.

喷油嘴内部空穴流动模拟计算分析

利用多相流空穴模型对喷油嘴稳定喷射时喷孔内的空穴流动现象进行了三维数值模拟,分析了空穴在喷油嘴内的形成机理及其分布情况,,基于此模型进一步研究了喷油压力、背压及喷孔入口圆角半径与喷孔k系数对喷孔内部空穴分布的影响。通过模拟计算可知,喷射压力降低和背压增加、增大喷孔入口圆角半径及喷孔k系数后,喷孔内空穴将减小。

喷油嘴空穴流动可视化及其对喷雾的影响

柴油机喷油嘴内部空穴流动很大程度上影响燃油雾化,进而影响整机排放.在比例放大透明油嘴内部空穴流动可视化试验台上,通过高速摄影和长工作距离显微成像技术,研究了不同喷射压力、针阀升程和喷孔结构对空穴流动的影响.试验观察到两类空穴现象,一类是由几何结构诱导的膜状空穴,另一类是由涡流中心低压诱导的线空穴.研究表明:提高喷射压力、增大针阀升程有利于膜状空穴发展,渐缩形喷孔则会抑制膜状空穴发展.线空穴与流场中涡流密切相关,随着喷射压力的提高,线空穴强度范围会增加.膜状空穴与线空穴均能增大喷雾锥角.

喷孔内空穴流动与孔外喷雾形态的可视化试验研究

为研究影响喷孔内空穴及孔外雾化的因素,采用高压共轨试验台搭建了1套可视化试验台架,用有机玻璃加工透明喷嘴,与实际喷油器粘连,通过改变喷射压力、喷孔的几何尺寸以及喷射燃料,对喷孔内空穴流动与孔外喷雾形态进行了对比试验。试验结果表明:提高喷射压力和减小喷孔的长径比可有效促进喷孔内空穴的发展,进而更好地促进燃料喷雾的扩散与发展,使喷雾分布到更广的空间;燃料饱和蒸汽压越高、运动黏度越小,喷孔内越早出现空穴,空穴流动越早达到稳定状态,雾化效果越好。

柴油机缝隙式喷油器嘴内空穴流动的模拟分析

利用FIRE混合多相流模型,模拟了柴油机缝隙式喷油嘴高压喷射时嘴内的空穴流动现象,分析了空穴在喷油嘴内分布情况。基于这一模型进一步分析了喷射压力和喷孔长宽比等参数对喷孔内空穴分布的影响。通过模拟计算可知,提高缝隙式喷嘴喷射压力可以提高空穴强度,其完全空穴主要由上壁面空穴流产生,同时也发现较圆孔式喷嘴其空穴流强度更大,但空穴在喷孔出口截面上不及圆孔式分布均匀。从燃油空穴雾化理论的角度出发,空穴强度的提高有利于燃油的破碎雾化。

柴油机喷油嘴结构对内部空穴流动的影响分析

利用混合多相流空穴模型对垂直多孔喷油嘴完全发展了的空穴流动进行了三维数值模拟,分析了不同的喷油嘴压力室结构、喷油嘴喷孔入口圆角半径和喷孔倾斜角等对喷油嘴内部空穴流动的影响,为喷油嘴结构优化设计提供了指导:改进型(IMPROVED)喷油嘴综合特性优于标准型(STD)和无压力室型(VCO)喷油嘴;喷孔入口锐边过渡使喷孔空穴层基本均可延伸至喷孔出口,形成"超空穴"现象,加速液流紊乱,可提高雾化质量。

高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态模拟

建立了船用柴油机高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态计算模型,采用AMESim模拟计算结合高压共轨燃油系统平台试验的方法对高压共轨燃油喷嘴空穴流动进行研究。研究结果表明:该方法可以较为准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;非稳态模拟可以较好地反映燃油喷射压力的波动对喷嘴内部压力分布和喷孔中燃油喷射速度的影响;在高压喷射条件下,喷孔中形成挑射液流的空穴流态,燃油喷射压力的波动对其影响较小。

垂直多孔喷嘴内部空穴两相流动的三维数值模拟分析

对完全发展了的空穴流动建立起多维空穴两相流动数学模型,对多孔垂直喷嘴进行了喷孔内部空穴两相流动的三维数值模拟。首次提出将计算区域的出口边界延伸至气缸内部,以减小出口对喷孔内部求解区域的影响。对针阀偏心时各喷孔内部空穴流动特性进行了深入的分析研究,阐明了喷孔内部空穴流动特性及其对喷孔出口流动分布的影响乃至对喷雾油束雾化所产生的作用。

柴油机双层多孔喷油嘴内部空穴两相流动研究

针对柴油机喷油嘴内部两相流动影响柴油的雾化质量、燃烧特性及整车的排放特性,而柴油机喷油嘴头部细微结构的变化显著影响喷油嘴内部流动等问题.以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何结构参数的基础上建立物理模型,基于多维数值模拟软件AVL FIRE对喷孔内部空穴两相流动特性进行模拟,分析不同位置喷孔及不同喷射压力对喷孔内部两相流动特性的影响.结果表明:同一喷射压力下,上下层喷孔位置对喷孔内部空穴产生时刻、分布区域及强度都产生影响,压力分布、液相速度分布及液相湍动能分布也各不相同;不同喷射压力下,空化强度随喷油压力的增加而提高.

生物质混合燃料在柴油机喷嘴内流动特性模拟

为了研究燃料物性差异对喷孔内流动特性的影响,通过GAMBIT软件建立三维喷嘴模型,利用FLUENT软件采用混合多相流模型,对柴油、生物柴油、生物柴油/乙醇混合燃料的喷孔内压强分布、速度分布和空化程度进行仿真分析。结果表明:燃油在压力室与喷孔入口衔接处压强迅速下降,进入喷孔后压强趋于稳定,在喷孔出口处压强略有上升;生物柴油的压强降幅最大,在喷孔不同截面处,与柴油相比生物柴油的压强平均下降了23.91%;生物柴油/乙醇混合燃料与柴油的压强降幅差别不大。燃油流速在喷孔入口处迅速增加,进入喷孔后增速放缓,在喷孔出口处燃油流速略有下降;在喷孔径向方向,由于壁面黏滞力作用导致速度从中心轴线向外围呈递减趋势;在喷孔不同截面处柴油的流速最快,其在喷嘴出口处的流速为229.8 m/s;生物柴油/乙醇混合燃料在喷嘴出口处的流速为223.1 m/s;生物柴油的流速最小,其在喷嘴出口处的流速为214.9 m/s。空穴现象首先发生在喷孔入口拐角处,随后向喷孔出口发展,并逐渐减弱。喷孔不同截面处,柴油的气相体积分数最大,生物柴油的气相体积分数最小,其气相体积分数比柴油平均下降了11.1%,与柴油相比生物柴油的空化程度较弱;生物柴油/乙醇混合燃料的气相体积分数与柴油差别不大,仅降低了1.8%,在生物柴油中添加乙醇能够降低燃料的密度、粘度和表面张力,改善燃料在喷孔内的流动特性,促进空化产生,喷孔内的空化现象能够为圆射流喷雾提供初始扰动,促进燃油雾化。该研究可为生物柴油/乙醇混合燃料流通特性研究提供理论支持。

柴油机喷嘴结构优化的数值模拟分析

柴油机喷嘴头部细微结构的变化对内部流动有显著的影响,进而影响到喷雾油束雾化性能。利用混合多相流空穴模型对STD(Standard)标准型、VCO(Valve Closed Orifice)无压力室型及IMPROVED改进型的垂直多孔喷嘴内部完全发展了的空穴流动进行了不同针阀升程下的三维数值模拟,通过对比分析得出改进型喷嘴能在低喷油速率下获得相对良好的喷雾性能,综合特性优于STD标准型和VCO无压力室型喷嘴。

柴油机喷嘴结构对喷雾特性影响的耦合模拟研究

高压共轨系统能有效地改善柴油机的喷雾质量,但随着燃油喷射压力的增加,燃油雾化过程变得更加复杂。而喷嘴内部湍流和空穴现象对喷雾雾化有重要的影响,特别是空穴现象。利用同步辐射X射线同轴相衬成像技术准确获得喷嘴几何结构尺寸,建立精确的喷嘴内部流动模型,建立起耦合喷嘴内空穴流动的耦合喷雾模型,分析喷嘴内空穴流动对燃油喷射雾化的影响。利用在高压共轨喷雾试验台架上的高压喷雾试验,验证该喷雾模型的准确性。利用该验证后的喷雾模型直接得到喷嘴结构参数,包括喷孔长径比、喷孔入口圆角半径及喷嘴压力室结构对喷雾特性的影响,得出喷孔入口圆角半径和压力室结构对喷雾的索特平均直径有较大的影响。研究结果为柴油机燃油喷射系统的优化提供了理论依据。

柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟

为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型,并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析,得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律:随着喷油嘴入口处的曲率半径增大,喷孔内气相体积分数越来越小,空穴层的厚度也越来越薄,高压喷油嘴雾化性能变差;随着压力波动幅度的减少,喷油嘴出口质量流量变化越来越小,有利于喷油嘴喷油量的精确控制;燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强,但是压力的增大更有利于空穴增强,从而有利于燃油雾化.

二维非结构网格的一个TVD型有限体积方法

考虑双曲型守恒律方程 ,对二维非结构三角形网格给出一种 TVD型有限体积方法 ,主要思想是在一阶单调格式的基础上 ,在每一个单元上对变量作单调线性重构函数 ,时间离散采用二阶 Runge-Kutta方法。通过计算分析了该方法的精度 。

基于K系数喷嘴喷孔内空化现象的数值模拟

建立了某喷油器流场的二维模型,利用混合多相流模型加空穴模型对整个几何模型区域的流场进行了数值模拟计算。基于这一模型定义了K系数,并分析了不同K系数对喷孔内空穴分布的影响。总结出了喷孔的扩张系数K对喷孔中空化流的影响变化规律并且得到了不同K系数对出口处质量流量和喷孔内气体总体积的影响。数值计算结果表明,在一定的K值范围内,K<0喷孔随着扩张程度的增大,空化现象加剧,而K>0喷孔则抑制空化现象的产生。

跨声速翼型激波/边界层干扰被动控制的数值模拟计算

本文应用数值计算的方法着重研究了跨声速翼型开孔壁的减阻效果。计算采用了边界层与位流相互作用的模型,藉以了解开孔壁对激波强度及结构的影响和对边界层控制的效果。通过对NACA0012翼型的计算表明,本文采用的自然吹吸的开孔模型能够显著地削弱激波的强度,改善激波的结构,但会使粘性损失增加。在马赫数较小时,翼型开孔后总阻力会增加,而在大马赫数时,开孔翼型的减阻效果才表现出来。这种趋势是与实验结果相吻合的。