《柴油機空穴湍流初次霧化機理及噴霧模型的研究》是依託江蘇大學，由何志霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：柴油機空穴湍流初次霧化機理及噴霧模型的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何志霞
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
柴油機噴霧特性對其燃燒和排放性能具有決定性的影響。由於燃油噴霧霧化問題的複雜性，對霧化機理的認識還很不全面, 特別是近噴嘴區域的初次霧化機理和霧化模型有待深入研究。在前期對噴油嘴內部空穴兩相流動的大量研究基礎上，本項目採用一種全新的X射線同步輻射相襯成像技術開展近噴嘴稠密噴霧區的測試研究，獲得近噴嘴區噴霧射流的內部精細結構和表面波特性，結合噴孔內部空穴流動特性，揭示空穴分布和湍流特性對近噴嘴區噴霧射流的影響機制，同時,針對噴孔內部空穴流動和近噴嘴噴霧稠密區採用歐拉多相流模型,耦合噴霧遠場的DDM模型，進一步探索噴嘴內部空穴湍流特性在近噴嘴液核區的作用機理。在此基礎上，建立精確的燃油噴射初次霧化模型。運用初次霧化新模型開展多結構噴嘴的噴霧特性研究，並結合噴霧特性實驗，對模型進行驗證、修正和完善。本項目的研究對進一步豐富和發展燃油噴霧理論和噴霧模型，改善柴油機噴霧、燃燒性能具有重要理論價值。
結題摘要
新一代內燃機燃燒技術中強化噴霧混合是關鍵科學問題之一，高噴油壓力小噴孔直徑技術發展趨勢使得對耦合噴嘴內空穴湍流的近場噴霧特性研究及新型噴霧模型的建立尤為重要。本項目圍繞微小尺度噴孔內空穴發生髮展的瞬態性、隨機性及噴霧過程的多尺度、強瞬態特性，採用同步輻射X射線技術、高速數碼顯微成像、雷射片光成像及Micro-PIV技術，結合LES大渦模擬技術完成了本項目的研究工作。主要研究內容及重要結論如下：（1）搭建不同放大比例多孔透明噴嘴內空穴流動及噴霧的可視化測試系統，解決了小噴嘴、高壓力、短的噴油持續期所造成的難以試驗的問題，系統開展不同結構、放大比例、背壓、燃油溫度下的噴嘴內流及其對噴霧影響的可視化試驗，建立了較為完善的噴嘴內流實驗資料庫，揭示了噴嘴內空穴流動從單相湍流、空穴初生、部分空穴流動、超空穴流動及水力柱塞流等流態的流動特性，建立了噴嘴內空穴初生及水力柱塞流出現的臨界判別式，揭示了空穴和湍流對噴霧初次霧化的貢獻。（2）搭建高壓共軌燃油噴射系統原型透明噴嘴內流可視化試驗台，採用新型聚碳酸酯材料，將原型實驗噴油壓力由國際上的40MPa提升至80MPa，揭示了噴嘴內部隨針閥快速運動時流動瞬態特性，結合比例放大噴嘴內流實驗，探討了空穴流動比例相似性、特殊的渦線空化流動機理。（3）基於同步輻射X 射線同軸相襯成像技術探討了噴嘴內流及近場噴霧測試可行性，實現了微小噴嘴內精細三維結構的測試，基於Micro-PIV技術獲得了微小尺度噴嘴孔內定量速度場。（4）基於動格線技術，採用LESVOF數值模擬方法，結合試驗，全面分析了燃油噴射壓力、噴射背壓、噴孔直徑和長度、噴孔入口圓角半徑、噴孔傾斜角等幾何特徵參數、噴嘴不同壓力室結構及針閥偏心、針閥運動、燃油物性等因素對噴嘴內部空穴流動及隨後噴霧特性的影響，揭示了噴嘴內空穴流動的影響機制和噴嘴空穴湍流初次霧化機理。（5）建立起耦合噴嘴內流的歐拉-拉格朗日CAV-ELSA噴霧模型，採用噴霧近場歐拉噴霧模型耦合噴霧遠場拉格朗日DDM離散液滴模型的方法解決了噴霧的多尺度耦合問題。該耦合模型向發動機CFD模型中的成功嵌入，攻克了發動機CFD模型中噴霧及霧化模型的薄弱環節。本項目研究成果有：發表SCI論文10篇，EI論文20篇，出版編著1部，申請和授權發明專利16項，相關成果獲省部級以上科技進步獎3項，培養博士1名，碩士9名，獲江蘇省優碩1名。
