吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (12): 3314-3325.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221346

• 车辆工程·机械工程 • 上一篇    

多孔喷油器闪急沸腾喷雾坍塌影响因素的仿真分析

解方喜1(),赵士杰1,王梓森1,刘爽2,李小平1(),张程3   

  1. 1.吉林大学 汽车工程学院，长春 130022
    2.一汽-大众汽车有限责任公司，长春 130011
    3.中国第一汽车集团有限公司研发总院 新能源开发院动力总成开发部，长春 130013
  • 收稿日期:2022-10-21 出版日期:2023-12-01 发布日期:2024-01-12
  • 通讯作者: 李小平 E-mail:xiefx2011@jlu.edu.cn;lixp2008@jlu.edu.cn
  • 作者简介:解方喜（1982-），男，教授，博士.研究方向：汽车动力系统能量高效利用.E-mail：xiefx2011@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51876079);汽车仿真与控制国家重点实验室自由探索项目(ascl-zytsxm-202014);吉林省教育厅科学技术研究重大项目(JJKH20221002KJ);动力机械与工程教育部重点实验室开放课题项目(4914683)

Simulation analysis of influencing factors of flash boiling spray collapse of porous injector

Fang-xi XIE1(),Shi-jie ZHAO1,Zi-sen WANG1,Shuang LIU2,Xiao-ping LI1(),Cheng ZHANG3   

  1. 1.College of Automotive Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China
    2.FAW-Volkswagen Automotive Co. ，Ltd. ，Changchun 130011，China
    3.China FAW Group R&D Institute Co，Ltd. Powertrain Development Department of New Energy Development Institute，Changchun 130013
  • Received:2022-10-21 Online:2023-12-01 Published:2024-01-12
  • Contact: Xiao-ping LI E-mail:xiefx2011@jlu.edu.cn;lixp2008@jlu.edu.cn

RICH HTML

 7   

PDF (PC)

364

摘要：

使用Converge仿真软件对喷雾坍塌现象进行了研究并分析其原因，通过改变喷孔数目、环境压力、温度、油束喷射方向以及相邻喷孔径向间距等条件研究了喷雾坍塌程度的影响因素。结果表明：随着燃料温度的升高，发生闪沸现象的程度更加猛烈，喷雾锥角和喷雾宽度逐渐增大，喷雾中心难以与外部气体进行交换，使得喷雾中心的低压状况难以改善，油束在压力差作用下向中间聚拢，最终演变成喷雾坍塌现象。通过改变环境压力和温度可以发现：在适当提高环境压力后，喷雾坍塌现象会变得剧烈，而提高环境温度对喷雾坍塌程度并没有明显影响；通过改变喷孔数目、油束方向以及喷孔径向间距等手段改变油束间距对喷雾坍塌程度有较为明显的影响。

关键词: 喷雾特性, 闪急沸腾, 喷雾坍塌, 数值模拟

Abstract:

The Converge was used to study the spray characteristics of porous injectors under different fuel temperature conditions， and the influence on the spray collapse degree was studied by changing the number of nozzles， ambient pressure and temperature， oil beam injection direction and radial spacing of adjacent nozzles. The results show that with the increase of fuel temperature， the degree of flashing phenomenon is more violent， the spray cone angle and spray width increase， the spray center is difficult to exchange with the external gas， so that the low pressure condition of the spray center is difficult to improve， and the oil beam gathers to the middle under the action of pressure difference， and finally evolves into spray collapse. By changing the ambient pressure and temperature， it can be found that after appropriately increasing the environmental pressure， the spray collapse phenomenon will become violent， and increasing the ambient temperature has no obvious effect on the degree of spray collapse； Changing the oil beam spacing by changing the number of nozzle holes， the direction of the oil beam and the radial spacing of the spray holes has a significant effect on the degree of spray collapse.

Key words: spray characteristics, flash boiling, spray collapse, numerical simulation

中图分类号: 

  • TK411

图1

Spray G 喷油器"

图2

喷油器角度设定"

表1

八孔喷油器参数"

参数数值及说明参数数值及说明
燃料异辛烷喷孔直径（测量）/mm0.175
环境气体纯氮喷孔长度/mm0.16~0.18
喷油器类型德尔福电磁阀启动阶梯孔直径（设定）/mm0.388
喷孔类型阀盖孔板（VCO）阶梯孔直径（测量）/mm0.400
喷孔数8（平均分布）喷孔方向（与轴线夹角）/（°）37
喷孔形状阶梯式全外喷角/（°）80
喷孔直径（设定）/mm0.165

表2

Spray G实验数据"

参数数值参数数值
喷射压力/105 Pa200喷射质量/mg10
燃料温度/K293 363喷射脉宽/ms0.78
环境温度/K293 333氮气体积分数/%100
环境压力/105 Pa0.5氧气体积分数/%0

图3

定容弹几何模型"

表3

计算模型选用"

模型类别选用模型名称
气态状态方程Redlich-Kwong
求解器PISO（基于密度）
分布类型均匀分布
湍流扩散模型O’Rourke
碰撞模型NTC
碰壁模型Wall Film
破碎模型KH-RT（KH-ACT修正）
湍流模型RNG k-ε
蒸发模型Frossling（闪沸工况Flash modeling模型）

图4

网格无关性检验及网格加密情况"

图5

过渡闪沸喷雾试验图像和仿真图像对比"

图6

冷态喷雾贯穿距仿真和试验对比"

图7

过渡闪沸贯穿距仿真和试验对比"

图8

不同孔数分布图"

图9

不同燃料温度下喷油器喷雾仿真图像"

图10

不同燃料温度下气相质量分数云图"

图11

不同燃料温度下气相质量分数二维图"

图12

不同燃料温度下喷雾速度矢量云图"

图13

不同燃料温度下定容弹压力分布云图"

图14

不同环境压力下多孔喷雾坍塌图像对比"

图15

不同环境温度下剧烈闪沸喷雾图像对比"

图16

剧烈闪沸不同喷孔数喷雾间距示意图"

图17

不同油束角下剧烈闪沸仿真喷雾图"

图18

30°和37°油束角的喷雾贯穿距二维图"

图19

不同径向喷孔间距下剧烈闪沸仿真喷雾图"

图20

不同径向喷孔间距下剧烈闪沸喷雾气相质量分数云图"

1 Curtis B. US ethanol industry: the next inflection point, 2007 year in review[DB/OL]. [2022-10-05].
2 Zhao F, Lai M C, Harrington D L. Automotive spark-ignited direct-injection gasoline engines[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 1999, 25(5): 437-562.
3 Hoffmann G, Befrui B, Berndorfer A, et al. Fuel system pressure increase for enhanced performance of GDi multi-hole injection systems[J]. SAE International Journal of Engines, 2014, 7(1): 519-527.
4 Xu M, Zhang Y, Zeng W, et al. Flash boiling: easy and better way to generate ideal sprays than the high injection pressure[J]. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 2013, 6(1): 137-148.
5 He X, Li Y, Liu C, et al. Characteristics of spray and wall wetting under flash-boiling and non-flashing conditions at varying ambient pressures[J]. Fuel, 2020, 264: No. 116683.
6 Guo H, Ma X, Li Y, et al. Effect of flash boiling on microscopic and macroscopic spray characteristics in optical GDI engine[J]. Fuel, 2017, 190: 79-89.
7 Akop M Z, Zama Y, Furuhata T, et al. Characteristics of adhesion of diesel fuel on impingement disk wall. Part 1: effect of impingement area and inclination angle of disk[J]. Atomization and Sprays, 2013, 23(8): 725-744.
8 Li X, Pan H, Dong X, et al. Spray impingement wall film breakup by wave entrainment[J]. Proceedings of the Combustion Institute, 2019, 37(3): 3287-3294.
9 Li X, Xiao D, Parrish S E, et al. Dynamics of spray impingement wall film under cold start conditions[J]. International Journal of Engine Research, 2020, 21(2): 319-329.
10 Zeng W, Xu M, Zhang G, et al. Atomization and vaporization for flash-boiling multi-hole sprays with alcohol fuels[J]. Fuel, 2012, 95: 287-297.
11 Saha K, Som S, Battistoni M, et al. Numerical investigation of two-phase flow evolution of in-and near-nozzle regions of a gasoline direct injection engine during needle transients[J]. SAE International Journal of Engines, 2016, 9(2): 1230-1240.
[1] 郑植,袁佩,金轩慧,魏思斯,耿波. 桥墩复合材料柔性防撞护舷试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(9): 2581-2590.
[2] 王峰,刘双瑞,王佳盈,宋佳玲,王俊,张久鹏,黄晓明. 尺寸和形状效应对多孔结构风阻系数的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(6): 1677-1685.
[3] 顾正伟,张攀,吕东冶,吴春利,杨忠,谭国金,黄晓明. 基于数值仿真的简支梁桥震致残余位移分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(6): 1711-1718.
[4] 魏海斌,韩栓业,毕海鹏,刘琼辉,马子鹏. 智能感知道路主动除冰雪系统及实验技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(5): 1411-1417.
[5] 金敬福,董新桔,贾志成,王康,贺连彬,邹猛,齐迎春. 板簧式弹性金属车轮胎面弹片结构优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(4): 964-972.
[6] 刘状壮,张有为,季鹏宇,Abshir Ismail Yusuf,李林,郝亚真. 电热型融雪沥青路面传热特性研究[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(2): 523-530.
[7] 戴理朝,周亮,杨晓文,王磊. 基于Connector单元的锈蚀RC梁界面粘结性能细观数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(10): 2886-2896.
[8] 卢晓红,乔金辉,周宇,马冲,隋国川,孙卓. 搅拌摩擦焊温度场研究进展[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(1): 1-17.
[9] 郑植,耿波,王福敏,董俊宏,魏思斯. 既有低等级混凝土护栏防护能力提升[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(6): 1362-1374.
[10] 华琛,牛润新,余彪. 地面车辆机动性评估方法与应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(6): 1229-1244.
[11] 孙健,彭斌,朱兵国. 新型无油涡旋压缩机内部热力学特性和性能测试[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(12): 2778-2787.
[12] 商拥辉,徐林荣,刘维正,蔡雨. 重载铁路改良土和A组填料过渡段的动力特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(6): 2128-2136.
[13] 于征磊,陈立新,徐泽洲,信仁龙,马龙,金敬福,张志辉,江山. 基于增材制造的仿生防护结构力学及回复特性分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(4): 1540-1547.
[14] 于征磊,信仁龙,陈立新,朱奕凝,张志辉,曹青,金敬福,赵杰亮. 仿蜂窝防护结构的承载特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(3): 1140-1145.
[15] 宫亚峰,逄蕴泽,王博,谭国金,毕海鹏. 基于吉林省路况的新型预制装配式箱涵结构的力学性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(3): 917-924.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
版权所有 © 《吉林大学学报(工学版)》编辑部
地址：长春市人民大街5988号　电话：+86-431-85095297　传真：+86-431-85094074　E-mail: xbgxb@jlu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发