[01371081]柴油机燃油喷射与燃烧系统理论研究及关键技术

本项目来源于国家自然科学基金项目“高压共轨式柴油机空穴雾化耦合机理研究”（50806030）、国家教育部留学回国人员科研基金项目“柴油机共轨式喷射系统内部空穴流动研究”和第四十五批中国博士后科学基金项目“柴油机高压喷射过程中两相流动特性的研究”（20090451170）的资助。 柴油机由于其优良的燃油经济性、耐久性和CO2的低排放性,在21世纪作为交通运输领域主要动力的地位将继续保持下去,但其发展受到了氮氧化物（NOx）和颗粒（PM）排放高、噪声大等因素的挑战。NOx 和PM 产生于燃烧过程,燃油喷雾混合作为燃烧边界条件之一,对柴油机燃烧及排放性能具有决定性的影响,所以,长久以来都被国内外研究者所重视,但燃油喷射雾化由于问题本身的复杂性,至今还有许多机理性问题尚未阐明。 传统的气动雾化理论在中低压喷射雾化研究中虽取得较满意的结果,但对于高压喷射雾化一直不够理想。所以近年对雾化的研究开始追溯至燃油喷射系统中的非稳态流动及喷嘴内部的空穴两相湍流流动特性的研究。本项目将数值模拟及可视化实验方法相结合,对高压喷射过程中所存在的空穴两相流动和喷雾两相流动特性开展了全面而深入的研究,主要研究内容及创作性成果如下： （1）建立高压共轨式喷射系统喷油器内部的非稳态流动数学模型,开展非稳态数值模拟分析,为高压共轨系统的设计提供了理论指导; （2）建立喷嘴内部空穴两相湍流流动三维数值计算模型,首次全面而深入地开展了多方案的数值模拟分析,分析喷嘴结构、喷油压力波动、针阀运动及燃油物性等参数对喷嘴内部空穴流动的影响,揭示喷嘴内空穴流动机理及流动特性和规律; （3）首次开展柴油机多孔喷嘴内部空穴流动及喷雾的可视化实验研究,在验证前述所建数值计算模型的基础上,就不同的喷射介质获得了喷嘴内部从单相湍流、部分空穴流动、超空穴流动及水力柱塞流四种流态的流动特性并确定出该尺寸及结构喷嘴不同流态出现的临界条件; （4）耦合喷嘴内部空穴湍流流动开展喷雾模拟,以引入喷嘴内部空穴现象和湍流对喷雾初次雾化的重要影响,完善喷雾模型,最终揭示喷嘴空穴雾化机理; （5）数值模拟和实验研究相结合提出喷油器喷嘴结构优化设计方案。