【摘 要】
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向高功率密度、高转速方向发展是实现柴油机节能减排和适用多变环境的重要路径,这也给柴油机的燃料供应系统的喷射压力和雾化控制提出了更高的要求。当前,电控共轨喷油器应用的最高喷射压力已经从160～180MPa向250MPa的目标提升,未来将会达到300MPa;然而,享受追求高压力参数带来的均匀喷液和燃烧充分的同时,也不可避免给阀芯、喷嘴等关键部件的稳定性和可靠性提出了新的挑战。其中,这些部件的变流通截面
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向高功率密度、高转速方向发展是实现柴油机节能减排和适用多变环境的重要路径,这也给柴油机的燃料供应系统的喷射压力和雾化控制提出了更高的要求。当前,电控共轨喷油器应用的最高喷射压力已经从160～180MPa向250MPa的目标提升,未来将会达到300MPa;然而,享受追求高压力参数带来的均匀喷液和燃烧充分的同时,也不可避免给阀芯、喷嘴等关键部件的稳定性和可靠性提出了新的挑战。其中,这些部件的变流通截面位置形成的快速压降所引起的空化与空蚀问题就是典型问题之一。根据对此类问题的理论分析及实际失效调研来看,空化发展动态演化行为的描述是其中解析的关键,因此,为了探究喷孔内云空化脱落的瞬态行为,本文从数值模拟及可视化观测两方面来获取喷射系统内部空化流动演化规律。本文首先基于柴油机喷油器喷孔内部流道的流动特征,设计了非对称喷孔结构的可视化观测模型,并建立可视化实验台来捕捉空化云产生、脱落和溃灭时空演变的瞬态特征,同时采用数据图像方法对喷孔流道进行了数据分析,最后结合大涡模拟方法对设计流道的空化云脱落进行模型验证与数值模拟分析。在数值模拟方面,探究了空化-涡流-压力波动相互作用关系,并进行了实验验证。通过对描述空化云特征的相对涡度输运方程的分析,可知相对涡拉伸项和相对涡膨胀项对腔体的脱落有很大影响。压力波动强度的峰值出现在空化空腔后部的云空化溃灭位置。同时,还发现气相体积分数,涡度和压力波动之间存在相位差,气相体积分数的变化是空化-涡旋-压力相互作用的主要诱因。在实验方面,利用本征正交分解法对可视化实验所捕获的空化云脱落过程进行动力学模态分解,结果表明,时间-空间解耦重构后的流场可清晰地展现空化云的空间分布,并能展现回射流击穿、空化云脱落与溃灭位置。根据所提取的时间演化序列对空化云脱落频率进行分析可知,空化云脱落频率存在随着进出口压差及温度的升高而升高的变化特征。
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