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  • http://www.zhaoqingshengjiangchechuzu.com/ 端州云梯车出租,番禺云梯车出租, 鹤山云梯车出租      云梯车喷油器空化现象分析方法?
    新闻分类:行业资讯   作者:admin    发布于:2020-09-074    文字:【】【】【

              端州云梯车出租,番禺云梯车出租, 鹤山云梯车出租      云梯车喷油器空化现象分析方法?   当燃油进入压力室时产生一定的推力从而顶开针阀然后通过喷空喷出燃油形成一个完整的内流场。在这个过程当中,燃油经过针阀内部流向针阀座时燃油流动方向会发生180 度转变造成一部分压力损失。当燃油继续流动通过喷空时,其流通截面突然变小,由流体质量与动量守恒可知,燃油的流动速度会急剧增加,这将会导致喷油孔入口拐角处产生一部分负压,当部分燃油压力低于当时温度下燃油饱和蒸气压时会产生燃油气泡,在喷空入口拐角处形成部分汽液两相流,也就是空化现象。



          
               1 空化机理,由流体力学控制方程可知:对于温度保持稳定的定常流动的流体,随着流动速度的增大静压会降低。当流动速度很大时,其静压可能降到低于当时温度下燃油的饱和蒸汽压,与此同时,燃油发生汽化从而产生许多小的气泡。小气泡从形成,发展或汇聚,成为气泡,在流管内形成部分的气液两相流,也就是空化现象。目前柴油机喷油压力非常高,喷孔又比较小,孔内流速甚至高达420m/s。柴油机喷油嘴内空穴产生的主要原因是由于流体动力学平衡的破坏和喷嘴结构特征引发的边界层脱离所造成的。在高速流动的喷嘴内,由于速度的增大,理论上流体的流动可以呈现多种不同的流态,当燃油在喷油器中流动,流体所受到的压力低于当时温度下的饱和蒸汽压时,孔内不会产生气泡而发生相变,此时,喷油孔内为单相湍流。由流体动力学方程可知当燃油流速增加时,喷油孔内部燃油压力会减小,当喷油孔内燃油压力低于当时环境温度下的饱和蒸汽压时,在喷孔入口拐角处(此处压力比较低)开始产生气泡,形成局部的空泡流。当气泡通过涡流区域后,由于燃油流速的继续增加,相变的区域就会越多,气泡顺着喷油孔的内壁面不断向外延伸直到喷油孔出口,最终出现完全两相流,也就是超空化。喷油孔较长,或者其内流道上游流场不稳定,影响已经成型的挑流,使其保持稳定的轴对称形态比较困难,从而出现燃油局部附着现象,于是在喷油孔内又相应地恢复局部的气泡区,形成局部挑流。空化现象出现的因素主要有喷油器本身的结构特征、初始条件、求解边界条件等因素的影响,而且多孔喷油器与单孔喷油器之间的空化现象存在着显著的差异。不同的结构参数、不同的求解边界条件喷油孔内形成空化现象的区域及空化的发展过程都不相同。




             2 空化数空化数与流体粘性阻力运动存在一样的动力相似的无量纲雷诺数,所以空穴流动同样可以定义为相应的无量纲参数,也就是空化数。一般来说,影响流场空化的因素主要包括有:流动边界条件、绝对压强、流动速度、黏性、表面张力等,但主要的影响因素还是流动速度和压强。用这两个变量来定义空化数:CNVP PV(3-1)式中:P 为流动系统中某一稳定流动状态点的压强; V 是流动系统中某一稳定流动状态点的速度;是液体密度;VP 是饱和蒸汽压。用流场空化数表示空化程度:空化发生时,空化数越小说明空化现象越明显,空化数越大说明空化现象越弱。而初生空化数表达的是空化初生的条件。由于流体中气核的大小以及数量分布常常不确定,所以不同的实验室条件所作出的初生的空化条件会有很大的差别。但是通过实验表明在空化发生后再施加压力或者降低燃油流动速度可以使空化现象减弱。空化的发生难易程度通常根据初生空化数的大小来判断。所以为了更加准确表现空化是否发生,可以不单由空化数作为判断流场空化的依据,而是将流场内最低压强低于当时环境温度下饱和蒸汽压作为判定依据。另外,由于空化问题比较复杂,有时当流场内压强低于饱和蒸汽压时,也不一定产生空化现象。主要原因是有时候流场产生了强烈的脉动,此时系统压强由时均压力和脉动压力组成,脉动瞬时低压幅值可能会致使初生空化的发生。




            3 喷油器空化研究方法, 研究发动机喷油器中空化问题的方法主要有两种:分别为数值模拟方法和实验分析法。在实验分析法中又可以大致分成两类,一种是喷油嘴直径比较小的情况下,燃油的流速又特别快,所以研究人员为了便于分析可以把放大后的喷油器模型作为实验分析的对象来推算实际上喷油嘴中的空化现象。但这相对于实际情况存在误差。所以,另外一种分析方法就是以实际喷油嘴作为研究对象。数值模拟中大致可分为两类:单相流连续性和两相流。单相流连续性模型相对比较简单,它是基于压力分布来定义空化区域,在流体压力低于当时环境温度下的饱和蒸汽压的区域被定义为空化区域。而两相流在每个求解单元都是均匀分布的,因此,固液两相之间是不存在相对滑动。本次两相流采用数值模拟方法来分析发动机喷油器中的空化问题,


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            4 空化模型,目前针对空化问题的数值计算通常采用空化模型,空化模型的正确选择对于存在空化流动的计算有着非常重要的影响。柴油机喷油嘴的空化问题就可以用空化模型来进行模拟计算。空化模型中Rayliegh-plesset 方程的空化模型有着非常广泛的应用,其中最具有代表性的是Schnerr&Sauer 、Singhal 及 Zwart 等空化模型。通过研究表明,Zwart、Schnerr&Sauer 空化模型比Singhal 空化模型具备更好的鲁棒性,并且可观察到非常明显的空泡运动;Schnerr&Sauer 空化模型分析得到的壁面压力系数更接近实验值;而Singhal空化模型在非定常计算中,会产生周期性相变过程。柴油机喷油嘴的空化区域主要是喷油孔入口拐角处,由汽,液两相组成并且满足流体力三大基本控制方程。 



             5 空化问题数值模拟分析, 由于上一章计算过整个喷油器稳态内流场的压力场以及速度场,结果表明只有喷油孔入口拐角处出现了负压,可能存在低于当时环境温度下燃油饱和蒸汽压的情况,因此本章只需要把喷油器局部拿出来做空化问题分析,从而使分析目标更加明确,减少不必要的计算量,细化网格数量从而提高模拟仿真精度。对于喷油器模型的复杂性,六面体网格虽然计算精度高,但要花费大量的时间去调试网格参数且不容易捕捉模型的特征。一般这种情况下四面体网格虽然网格数量多计算周期比较长但它能更好的捕捉到喷油嘴模型的几何特征,所以本次喷油嘴模型采用非结构化四面体网格。由于喷油孔的几何尺寸相对较小所以在这些过渡区域必须进行网格加密处理,从而提高仿真计算精度。另一方面,由于燃油喷射时产生的油压特别大,燃油处于比较明显湍流状态,为了更加真实地模拟燃油的流动状态,所以必须划分五层边界层网格。



             6 空化模拟参数, 喷油器几何模型的喷孔直径D=0.7mm,喷油孔倾角α=75°,针阀在最大升程0.5mm。由于压力的变化对液态燃油的体积分数影响不大,因此可以忽略不计,把液态燃油作为不可压缩流来计算。在初始条件下,液态燃油密度是880 kg/m3,气态燃油密度为0.0109 kg/m3。喷油器入口燃油的温度为300K,出口燃油温度为353K,在这个环境温度范围内,燃油的饱和蒸汽压为3500Pa。另一方面,燃油的表面张力系数也是燃油介质的重要属性,主要受燃油温度的影响。在300K-353K 这个温度范围内,燃油的表面张力系数为0.03n/m。求解器选择基于压力,速度的瞬态求解器。模型为模型以及导入UDF 的动网格模型。




                本文模拟空化问题主要是气相和液相,定义液相为oil,气相为oil-vapor喷油器模型进口、出口均采用压力边界条件,控制方程则采用有限体积法,连续性方程采用二阶中心差分格式离散。方程组的求解采用压力耦合方程组的半隐式算法(SIMPLE),控制面板选择多相流模型(Mixture)由于喷油器工作时流速高达420m/s,所以必须选择湍流模型(Viscous)来模拟空化过程,让计算结果更加准确。燃油的饱和蒸汽压是燃油介质的自然属性,把燃油当作不可压缩的理想流体下,燃油介质的主要性质基本上由温度决定。



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    点击次数:34  更新时间:2020-09-07  【打印此页】  【关闭
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