喷嘴内部结构特征对内流特性影响的模拟研究

Key words: Injector, Structural parameters, Jet parameters, Numerical simulation, Inflow
characteristics
1 前言
发动机污染物的排放水平是由燃烧效率和燃油雾 化效果共同决定的，良好的燃油雾化可以促进燃油液滴 与空气的混合，进而实现充分燃烧，降低 CO、CH、NOx等 污染排放物[1-5]。以往的学术研究认为[6-7]，柴油高压射 流雾化的影响因素主要分为喷射条件和环境条件。但 是，随着研究的不断深入，越来越多的学者意识到 ， [8-9] 喷嘴内部的几何结构参数通过影响喷孔内流特性，进而 对燃油离开喷孔后的雾化特性产生重要影响。
【Abstract】Based on Synchrotron radiation X- ray CT technology of SSRF, precise three- dimensional structural
models of two diesel engine nozzles were acquired and the size of the structure inside the nozzle was measured. CFD
*基金项目：上海光源重点研究项目（2016-SSRF-ZD-004512）；同济大学中德学院 KSPG 教席基金项目。
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汽车技术
张胜，等：喷嘴内部结构特征对内流特性影响的模拟研究
实际的柴油机喷嘴多数为多孔喷嘴，探究多孔喷 嘴的喷孔内流特性具有较大的指导意义和实用价值。 因此，本文利用 X 射线 CT 对 2 支多孔喷嘴进行了扫 描，通过三维重构技术构建了喷嘴真实结构模型，并以 此作为 CONVERGE 软件的几何输入，应用大涡模拟 （Large Eddy Simulation，LES）方法对喷嘴喷孔内流特性 进行研究。
software was applied to analyze the effect of nozzle internal structure parameters and different jet parameters on the inflow
characteristics of the nozzle. Research shows that the entrance fillet radius is an important structural parameter that affects
2 喷嘴喷孔结构参数测量
本文利用同步辐射高能 X 射线 CT 技术将 2 支喷嘴 （B-1、B-2 喷嘴）进行 X 射线断层扫描。图 1 所示为上 海光源 BL13W1 线站 X 射线试验装置，X 射线穿透位于 旋转平台上的喷嘴，照射到闪烁晶体上，使其发出可见 光，高速相机接收可见光进行成像。对喷嘴进行 180°扫 描，每旋转 0.25°获取 1 张吸收图片，整个过程共获取 720 张吸收图片。
the distribution of cavitation. Oversized radius of the fillet will cause abrupt changes in the fuel speed, thereby suppressing
cavitation. Machining errors and the different location of the injection orifices lead to differences in the inflow
中图分类号：TK423
文献标识码：A
DOI: 10.19620/j.cnki.1000-3703.20181032
Simulation Research on the Influence of Nozzle Internal Structural
Features on Inflow
Zhang Sheng, Li Zhilong, Zhao Wenbo, Wu Zhijun, Li Liguang （Tongji University, Shanghai 201804）
CFD 软件分析喷嘴内部结构参数以及不同的射流参数对喷嘴内流特性的影响。结果表明：入口圆角半径是影响空穴分布
的重要结构参数，圆角半径过大，会造成燃油速度突变减弱，从而抑制空穴现象。加工误差和喷孔位置的不同导致多孔喷
嘴的不同喷孔内流特性存在差异，射流参数的不同也会对喷孔的内流特性产生明显影响。
主题词：喷油器 结构参数 射流参数 数值模拟 内流特性
汽车技术 · Automobile Technology
·2018 中国汽车工程学会年会优秀论文（选登）·
喷嘴内部结构特征对内流特性影响的模拟研究*
张胜 李治龙 赵文伯 吴志军 李理光
（同济大学，上海 201804）
【摘要】基于同步辐射 X 射线 CT 技术，获得 2 支柴油机喷嘴的精准三维结构模型，并测得喷孔内部的结构尺寸，利用
characteristics of different orifices of the multi- orifice nozzles. The different jet parameters will also have a significant
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impact on the inflow characteristics of the nozzle.
目前，通过数值模拟对喷孔内流特性进行仿真分析 依然是高效可行的手段，但是喷孔内流具有多相流、瞬
态性、高压差等特点，给模拟计算带来了很大困难。另 外，喷孔结构尺寸过小、压差过大会对求解的稳定性和 收敛性造成影响。以往的研究在几何精度和求解精度 上一般会选择性地侧重一个方面[10- 。 11] 随着计算机技 术的发展，同时采用高精度求解模型和高精度几何模型 进行模拟计算成为可能。Q. Xue 等[12]使用雷诺平均的 N-S 方程（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS）方 法分析多孔喷嘴的内流特性，比较了不同喷孔的内流特 性差异，但由于喷嘴几何模型是 CAD 作图所得，各喷孔 间的差异不明显。黄魏迪[13]基于高精度三维模型，利用 RANS 方法分析了射流参数及喷嘴内部几何结构参数 对单孔喷嘴内流特性的影响。