發(fā)布時(shí)間：2020-05-25 03:20

【摘要】：為了滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī),各種新型燃燒方式相繼提出,對(duì)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展也提出了更高的要求。目前,燃油噴射壓力已經(jīng)可以高達(dá)300MPa,而噴孔孔徑只有0.1mm量級(jí),使得噴孔內(nèi)更加容易形成空化。一方面,空化可以促進(jìn)射流霧化并改善燃燒,但另一方面,空化會(huì)降低噴孔流量系數(shù),并且會(huì)使噴嘴內(nèi)形成空蝕,嚴(yán)重情況下,甚至?xí)箛娪推魇�。本文針�?duì)柴油模型噴孔內(nèi)空化及空蝕現(xiàn)象,圍繞噴孔錐度及粗糙度兩個(gè)重要影響因素,開展了大量可視化研究。同時(shí),對(duì)真實(shí)噴油器進(jìn)行了耐久性空蝕試驗(yàn),并結(jié)合數(shù)值模擬,研究了噴嘴內(nèi)空蝕分布及成因。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)基于自循環(huán)內(nèi)流實(shí)驗(yàn)臺(tái),搭建了空化內(nèi)流可視化實(shí)驗(yàn)裝置。根據(jù)不同研究目的,設(shè)計(jì)加工了三種模型噴嘴,并可開展快速空蝕試驗(yàn)。(2)對(duì)比研究了同一噴射壓力下,不同錐度噴孔內(nèi)空蝕分布。研究發(fā)現(xiàn),漸擴(kuò)孔由于空化已發(fā)展至噴孔出口,并在出口處脫落潰滅,因而孔內(nèi)空蝕麻點(diǎn)主要分布在噴孔出口處;而無錐度孔及漸縮孔內(nèi)空蝕區(qū)域主要位于噴孔入口處,這是由于入口處的空泡冷凝潰滅及破裂潰滅造成的。(3)實(shí)驗(yàn)研究了1.6μm、6.3μm及30μm三種不同壁面粗糙度對(duì)噴孔內(nèi)空化及流量的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨壁面粗糙度增大,噴孔內(nèi)空化程度先減弱后增強(qiáng),分析認(rèn)為是壁面阻力與氣核含量共同作用的結(jié)果。不同粗糙度噴孔內(nèi)流量的變化,不僅受到壁面阻力的影響,還受到空化程度的影響。在單相流及空化初生階段內(nèi),壁面阻力的影響起主導(dǎo)作用,隨粗糙度增大,噴孔內(nèi)流量逐漸減小。在空化發(fā)展及超空化階段,空化對(duì)流量的抑制作用將占主導(dǎo)地位,所以,6.3μm粗糙度情況下噴孔內(nèi)流量最高,而30μm粗糙度情況下噴孔內(nèi)最低。(4)通過片空化相對(duì)長(zhǎng)度時(shí)域圖及FFT頻域圖對(duì)不同粗糙度噴孔內(nèi)云空化主脫落頻率進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)在相同噴射壓力下,30μm噴孔內(nèi)主脫落頻率較低,但相差并不大;并且從不同粗糙度噴孔內(nèi)片空化相對(duì)長(zhǎng)度隨時(shí)間變化的時(shí)域圖中,可以得到片空化長(zhǎng)度整體差異,與空化平均長(zhǎng)度分析結(jié)果相同。(5)采用X射線CT掃描無損檢測(cè)技術(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)噴嘴進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)噴孔入口處容易發(fā)生空蝕。通過掃描電子顯微鏡對(duì)剖開后的噴嘴進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)位于針閥密封線下游的針閥體壁面上存在環(huán)狀空蝕帶,結(jié)合數(shù)值模擬,分析了此處空蝕形成的原因。研究還發(fā)現(xiàn),將階梯過渡型針閥改為多錐過渡型針閥,將有效減弱噴嘴內(nèi)空蝕。
【圖文】：

當(dāng)突然潰滅時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極大的潰滅壓強(qiáng)，對(duì)其周圍的液體介壓縮作用，從而形成壓力沖擊波，，并從潰滅中心處以球狀向四周輻使強(qiáng)度很小的沖擊波反復(fù)作用在材料壁面上時(shí)，也會(huì)使壁面產(chǎn)生脈性變形，最終形成蝕坑[11]。Schmidt 等人[12]詳細(xì)研究了沖擊波引起理，推進(jìn)了該理論的發(fā)展。廖庭庭[13]研究提出當(dāng)氣泡受力非常均勻沖擊波，而當(dāng)氣泡受力并不均勻時(shí)，氣泡破裂后將會(huì)形成微射流。分學(xué)者研究認(rèn)為沖擊波理論是造成空蝕的主要機(jī)理，還有一些學(xué)者面邊界附近不對(duì)稱空泡潰滅所引起的微射流是造成空蝕磨損的主要者們對(duì)空蝕作用機(jī)理的深入研究，又有研究者認(rèn)為空蝕是微射流和理共同作用的結(jié)果，只有當(dāng)空泡距離固體壁面較近時(shí)，微射流才起距離較遠(yuǎn)時(shí)，則以沖擊波破壞為主。除了以上這些空蝕機(jī)理外，目的云空化脫落也是造成空蝕的宏觀機(jī)理之一。

圖 1.3 噴油嘴內(nèi)空蝕圖像影響空化和空蝕的因素有很多，一般情況下，影響空化產(chǎn)生、發(fā)展及潰滅過程的因素都會(huì)影響空蝕破壞，按照作用與被作用對(duì)象來分，這些影響空蝕素大致可以分為材料因素、作用介質(zhì)物性因素和外界環(huán)境因素，材料因素是體材料的塑性性能、硬度強(qiáng)度、加工痕跡、壁面粗糙度、晶粒大小等；作用物性因素是指液體介質(zhì)的粘度、表面張力、飽和蒸氣壓等，外界環(huán)境因素是行時(shí)間、含氣量或含沙量、液體壓強(qiáng)流速、溫度及試件位置和形狀等[6]。其中，關(guān)于粗糙度對(duì)空化及空蝕影響的研究文章較少，尤其是空化方面�？瘴g方面，相關(guān)研究認(rèn)為材料表面比較粗糙或者有明顯加工痕跡時(shí)，一方面集游移空泡，另一方面，材料表面的凹凸不平又會(huì)促進(jìn)空泡的向內(nèi)潰滅，從導(dǎo)致空蝕更加嚴(yán)重[25-26]。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK423

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何志霞;王芬;劉菊燕;蔣兆晨;王謙;;柴油機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)噴霧特性影響的耦合模擬研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年24期

2 邵壯;何志霞;鐘汶君;陳馭航;陶希成;;柴油與生物柴油不同長(zhǎng)徑比噴嘴內(nèi)空穴流動(dòng)的試驗(yàn)[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2014年04期

3 曹彥濤;彭曉星;張國(guó)平;徐良浩;;繞三維扭曲水翼云空化形成及演化的試驗(yàn)研究[J];船舶力學(xué);2014年05期

4 王虎;姚智華;沃恒洲;胡獻(xiàn)國(guó);;不同配比的乳化生物質(zhì)油/柴油空蝕行為的研究[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年09期

5 沃恒洲;徐玉福;胡獻(xiàn)國(guó);;軸針式噴嘴內(nèi)部空化與針閥密封面磨損特性[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2011年23期

6 廖庭庭;;溫度與空化空蝕的影響關(guān)系研究[J];中國(guó)農(nóng)村水利水電;2011年10期

7 朱坤;沃恒洲;徐玉福;胡獻(xiàn)國(guó);;流體物性對(duì)空化氣泡潰滅過程影響研究[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年09期

8 劉詩(shī)漢;陳大融;;粗糙表面的空蝕機(jī)制研究[J];潤(rùn)滑與密封;2009年03期

9 蔣娜娜;徐臻;周剛;陳大融;;加工方法和材料種類對(duì)空蝕結(jié)果的影響[J];潤(rùn)滑與密封;2007年05期

10 董志勇;呂陽(yáng)泉;居文杰;蔡新明;丁春生;;高速水流空化區(qū)和空蝕區(qū)摻氣特性的試驗(yàn)研究[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2006年04期

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1 沃恒洲;柴油機(jī)噴嘴燃油的空化流動(dòng)、氣蝕與積炭特性研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

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1 張正洋;柴油機(jī)噴嘴內(nèi)空穴流動(dòng)瞬態(tài)特性及對(duì)噴霧影響的可視化研究[D];江蘇大學(xué);2017年

2 王瑤;柴油機(jī)噴油器內(nèi)部瞬態(tài)空化流動(dòng)特性數(shù)值模擬研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2016年

3 陳馭航;噴嘴內(nèi)云空化及其對(duì)近場(chǎng)噴霧影響的大渦模擬和試驗(yàn)研究[D];江蘇大學(xué);2016年

4 陶希成;柴油機(jī)錐形孔噴嘴內(nèi)空穴流動(dòng)及其對(duì)噴霧影響的試驗(yàn)研究[D];江蘇大學(xué);2016年

5 高國(guó)席;共軌噴油器噴油嘴內(nèi)空化流動(dòng)特性數(shù)值模擬研究[D];北京交通大學(xué);2012年

6 駱超;摻氣試驗(yàn)裝置的研制和摻氣對(duì)空蝕作用的試驗(yàn)研究[D];河海大學(xué);2007年

7 王智勇;基于FLUENT軟件的水力空化數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2679478