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原创
国外内燃机
真实喷嘴结构对燃油喷雾和内流
特性影响的试验研究进展
张旭升1刘俊楠戴建伟”安骥
（1.上海海事大学商船学院，上海201306；2.蒙阳市国土资源局，荣阳450100）
2016年第6期
摘要：主要回顾了柴油机真实喷嘴几何结构尺寸对燃油的喷雾特性和内流特性影响的试验研究结果，着重阐述了喷孔直径、喷孔锥度、喷孔长径比、入口圆角和压力室容积对燃油喷雾和内流动态特性的影响规律。结构参数对喷雾特性的一般规律可以得到，但是研究结果存在不确定性。所以将来此方面的研究必须将单一几何结构参数对喷雾的影响规律与其他结构参数的影响有效分离，才能准确揭示结构参数的影响规律；结构参数引入的空穴现象与结构参数本身的影响规律揭合在一起，必须在确定空穴指标的前提下研究结构参数的影响规律：商用喷嘴结构与设计尺寸之间存在不可避免的缺陷，必须采用高精度加工的喷嘴来研究结构参数对喷雾特性的影响规律。
关键词：喷油器喷嘴几何结构喷雾特性内流特性
0概述
柴油发动机具有良好的经济性、动力性和可靠性，在交通运输行业的动力装置中获得了广泛的应用。但是柴油在气缸内燃烧后的有害废气和CO，排放会对大气环境和身体健康产生严重的影响，因此全世界都在开发致力于控制柴油机的有害排放物和提高燃油经济性的新技术，以满足日益严格的排放法规1]。从机内燃烧优化来看，燃油的喷射破碎和蒸发雾化过程对随后的燃烧过程和排放物生成起主导作用2]。燃油的喷射过程受到喷射压力、环境条件、喷嘴结构以及针阀升程等多种因素的影响3」。近些年来的研究发现，燃油的喷射过程与喷嘴内部流动和气穴的产生密不可分，而影响喷嘴内部流动和气穴的重要因素之一是喷嘴的几何结构-6。正是由于喷嘴结构优化对于喷嘴内流控制和喷雾的优化控制具有重要的研究价值和指导意义，本文着重对近年来国内外在喷嘴结构对喷雾和内流特性的研究进展方面进行回顾。
众所周知，喷嘴结构中对喷雾和内流特性产
生影响的结构参数包括喷孔直径、喷孔长度、喷孔数量、喷孔锥度、喷孔入口圆角、喷孔内表面粗糙度、压力室形状和针阀座锥面等。本文将这些参数划分为喷孔参数和压力室参数。下面就从这两方面回顾喷嘴结构对喷雾特性影响的主要研究结论。万方数据
1喷孔参数 1.1喷孔直径
喷孔直径的改变本质是改变燃油的流通截面积，从而影响流过喷孔的流量大小。在相同的喷射压力下，圆柱型喷孔孔径的减小，喷孔的流量显著减小，非蒸发状态下的喷雾贯穿距随着喷孔直径的减小而减小[-8，蒸发状态下的喷雾贯穿距离则基本与喷孔直径呈线性关系[9-10]，如图1（a）和1（b）所示。但是研究发现喷孔直径对近场喷雾贯穿距离的影响规律仅仅在10mm以上区域适用，而贯穿距离 10mm以下则是相反的。另外，针对渐缩型喷孔的研究发现，在完全抑制空穴的情况下，出口孔径对喷雾贯穿距离的影响存在双区分布：开始区域与孔径无关：喷雾莞全扩散区的贯穿距离随孔径增大而增大。这表明喷孔内有无空穴现象的发生，孔径对宏观喷雾特性的影响规律可能会存在一定差异性
从喷雾雾化的角度来看，减小喷孔直径可以改善空气向液柱的卷吸效应，提高雾化效果，这对于改善碳烟排放是有利的。但有些研究则发现非蒸发状态下喷雾锥角随着喷孔直径的增大而增大，喷孔直径与非蒸发状态下的喷雾锥角之间关系不明确。在蒸发状态下的喷雾锥角则随着喷孔直径的减小而减小，这表明减小孔径有利于改善雾化。从喷雾微观尺度来看，喷雾的索特平均直径（SMD)随着喷孔直径的减小而减小，这将有利于油滴与空气的混合。