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船用柴油机高压喷射条件下喷孔内空化瞬态特性研究
| 论文题名： | 船用柴油机高压喷射条件下喷孔内空化瞬态特性研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;喷嘴;空化特性;瞬态质量流量;喷孔结构 |
| 摘要： | 随着对柴油机性能优化的深入研究，柴油机高压共轨系统喷射压力进一步提高，相对于车机较高的(最高达240MPa)的燃油喷射压力，大功率船机仍处于较低水平，因此船机向高压燃油喷射发展的方向可以预见。再者，高压燃油喷射使喷孔内部流动复杂化，伴随高喷油压力及强湍流作用产生的喷孔内空化现象会对喷孔内燃油的有效流通面积产生影响，进而影响燃油质量流量。船机具有更高的循环供油量，结构方面喷油器压力室及喷孔尺寸更大。目前对于船用柴油机喷孔内空化特性以及空化造成的喷孔内瞬态质量流量变化研究相对较少，对于不同压力与喷孔结构下的空化形成及对喷油规律的影响机理尚未完全掌握。因此，本文利用可视化实验与仿真研究手段针对船机喷油器喷孔内的空化特性展开研究，为船机高压共轨电控喷油器的开发及优化提供理论支撑。 首先对喷孔内空化特性展开实验研究，搭建基于阴影法的高速摄影技术可视化实验平台，制作原型大孔径、大压力室结构透明喷嘴。可视化实验结果表明，随着喷油压力的提高，喷孔中的几何空化初生时刻提前，喷孔内空化现象更加剧烈。另外实验中较大尺寸的喷油器压力室导致喷孔内空化初生多出现在喷孔入口的下壁面处。针对喷油脉宽对喷孔内空化现象的影响作用本文中结果并不明显，这是由于短脉宽下最大针阀升程与喷油器最大针阀升程相近所导致的。 其次，基于CONVERGE软件平台对喷孔内部流动进行仿真研究。结果表明，燃油喷射过程喷孔内空化现象存在一定程度的随机性，喷油压力的提高使喷孔内空化区域不稳定加剧，进而导致稳定喷油阶段燃油瞬态质量流量的波动程度增大，该阶段110MPa、160MPa、210MPa喷油压力下瞬态质量流量的离散系数分别为2.18％、2.34％、2.58％。环境背压增大将会抑制喷孔内空化的发展，并使稳定喷油阶段空化的不稳定性增大，背压0.1MPa、2MPa、4MPa时稳定喷油阶段的瞬态质量流量离散系数分别为2.18％、2.60％、2.89％，另外背压增大会显著降低针阀开启阶段的喷油流量。燃油质量流量随喷孔直径增大（即长径比减小）明显增大，但空化现象则更加不稳定。 最后，针对实际喷油器建立多孔仿真模型。仿真结果表明，虽然喷孔结构呈中心对称，但是实际喷油过程中各孔的空化现象存在较大的不一致性，造成了各孔喷油质量流量的差异。 |
| 作者： | 沈怡晨 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 董全;金江善 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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