面对环境污染和能源短缺的双重压力,发动机节能减排的研究迫在眉睫,新型可替代燃料燃烧效率的提高成为了关键突破点。大量研究表明发动机喷油器喷孔内燃油的空化流动特性一方面会造成空蚀,另一方面能有效改善燃油雾化质量,从而提高燃烧效率。D40燃油作为比较有希望的新型可替代能源,对D40燃油在喷油器内的空化状况进行研究能达到节能减排的目的,具有很重要的意义。本文采用混合均相流空穴模型对垂直四孔喷嘴内D40燃油的空穴流动进行了稳态和瞬态的三维数值模拟。在进行研究时,先是将E.Winklhofer等人的试验进行数值仿真并对比结果,此外还将相关的结果采用Nurick所提出来的关系式进行验证,确保采用混和均相流模型、Realizablek-ε模型和Zwart-Gerber-Belamri模型来进行模拟仿真的准确性和可靠性。然后再从空穴层形状大小、喷嘴出口D40燃油速度分布、出口平均气相体积分数、湍动能、质量流量、流量系数、空化数和速度系数的角度分析了进出口压差、喷孔结构尺寸、入口圆倒角、喷嘴喷孔倾斜角、椭圆喷孔截面以及针阀运动规律对喷孔内D40燃料空化流动的影响。研究结果表明:(1)空化层随着压差的增大而加强,且D40燃油相比于普通柴油更容易发生空化,D40燃油的出口平均速率对比柴油提高了5.3%。(2)入口圆倒角的大小与喷嘴内的空化层的发展强度呈反比,而与喷孔的流量系数呈正比。入口圆角和喷孔直径的比值靠近十分之一时,D40燃油能得到较好的雾化质量和循环喷油量。(3)本文模拟中所设定的工作条件下,采用直径为0.4mm的喷嘴中且倾斜角趋于135°和150°之间时不仅可以保障D40燃油的喷油量而且可以提高燃油雾化质量。倘若将喷孔的圆形截面换成短轴为0.15mm、长轴为0.2mm椭圆型截面,流量系数可提高3.5%,椭圆长轴水平放置时流量系数能进一步提高。(4)提出的中扩型喷嘴结构不仅可以提高雾化质量而且在空化阶段流量系数比常规喷嘴提高11.5%。(5)针阀运动的最大升程值一定程度上抑制了空化层强度的发展,相反针阀上升速度的适当增大能有效提高D40燃油的雾化质量和循环喷油量。