[ ( ) ] ρ dk = x μ + μ t k + G i σ x k + G b - ρε - Y M 1 k i ε ρ dε = x μ + μ t ε i [ ( ) σ x ] + ε i ε C 1ε k G k + C 3ε G b - C 2ε ρ ε2 2 k

2013 8 32 8 Mechanical Science and Technology or Aerospace Engineering August Vol. 32 2013 No. 8 李德镇, 韩振南 030024 为了改善柴油机 D6114 喷油嘴 291 DLLA150 FC PV01 内部燃油流动状况, 使喷入气缸内 的燃油达到较好的雾化质量, 在原有喷嘴基础上, 针对喷嘴结构参数长径比 喷嘴入口过渡圆角及 喷孔锥角设计了 9 种方案在 CFD( 计算流体动力学 ) 软件中建立了喷嘴内部流场的三维模型, 对整个流场区域进行了流体动力学模拟计算分析了喷嘴结构参数对喷孔内部空化程度 湍动能及 流速的影响, 得出 : 随着长径比 ( L /D) 的减小, 燃油在喷孔中的空化程度增强, 湍动能减小, 流速增加 ; 随着过渡圆角与直径比 ( r /D) 的增大, 喷孔内部流体空化程度增强, 流速增大, 湍动能减弱 ; 随 着喷孔锥角 ( θ) 的增大, 喷孔内燃油空化程度加强, 湍动能减弱 雾化质量 ; 结构参数 ; 三维模型 ; 空化程度 ; 湍动能 TK423 2012-07-12 A 1003-8728 2013 08-1134-05 Inluence o Nozzle Structure Parameters on Flow Characteristic in Three-dimensional Flow Field Simulation Li Dezhen Han Zhennan College o Mechanical Engineering Taiyuan University o Technology Taiyuan 030024 Abstract In order to improve the internal uel low conditions in the nozzle 291 DLLA150 FC PV01 o the diesel engine D6114 and make uel sprayed into the cylinder to obtain good atomization quality nine schemes were designed based on the nozzle structure parameters length-diameter ratio the round angle-radius o nozzle inlet and oriices angle. Three-dimensional model o the internal nozzle low ield was established and simulated using the CFD Computational Fluid Dynamics sotware. The inluence o spray nozzle structure parameters on hole internal cavitation degree turbulent kinetic energy and low velocity was analyzed. The results show that with the decreasing o length-diameter ratio L /D the cavitation degree o uel in the oriice and the velocity will increase but the turbulent kinetic energy will decrease with the increasing o round angle-radius to diameter ratio r /D the cavitation degree o uel in the oriice and the velocity will also increase while the turbulent kinetic energy will descrease with the increasing o oriices angle θ the cavitation degree o uel in the oriice will increase and the turbulent kinetic energy will decrease. Key words atomization diesel engines engine cylinders kinetic energy oriices turbulent low cavitation computational luid dynamics computer simulation low ields uels mathematical models nozzles three dimensional two phase low velocity atomization quality structure parameters three-dimensional model cavitation degree turbulent kinetic energy PM 2011-12 2012011012-1 1986-2006lidezhen@ 163. com zhennan - han@ hotmail. com HC

8 1135 [ ( ) ] ρ dk = x μ + μ t k + G i σ x k + G b - ρε - Y M 1 k i ε ρ dε = x μ + μ t ε i [ ( ) σ x ] + ε i ε C 1ε k G k + C 3ε G b - C 2ε ρ ε2 2 k Payri R G k G b Y M 1 Som S KH-ACT 6 k 2 μ t = ρc μ 3 ε 2 4 3 Fluent α v = α l n 0 3 πr3 4 n 0 D6114 291 DLLA 150 R FC PV01 CFD d 4 dα v α l n 0 3 πr 3 ( ) = 1 + ρ + α 5 g ρ v - ρ g ρ + α g ρ l - ρ g n 4 0 3 πr3 2 p R - p p R > p dr = 槡 3 ρ 1 1 6 2 p - - p R Berwerk p R < p 槡 3 ρ1 ρ ρ v ρ l Hiroyasu p R p Hanetal 4 2 Pro /E 291 DLLA150 FC PV01 6 1 /2 1 2 5 - Fluent Fluent k-ε k 1 2

机械科学与技术 1136 3 第 32 卷 内 随着 L / D 的减小 即喷孔直径的增大 气相体积 分数变大 湍动能增强 速度相应提高 模型网格划分及边界条件的设定 物理模型采用 D6114 柴 油 机 的 喷 油 嘴 291 DLLA150 FC PV01 在 Gambit 中 建 立各个模型并进行网 格划分 流动区域使用 结构化网格进行划分 为了提高计算精度 对 流动条件变化较大的 喷孔入口处和壁面附 近的网格适当的加密 图 3 模型网格数为 95735 主 要 是 六 面 体 图 3 流动区域网格划分示意图 网格 经检测 网格扭 曲率 Skewness 85% 保证了求解计算中的精度其 它方案 在建模和网格划分中采用了相同的方法 网格扭曲率 Skewness = max θ θ θ ( 180 θ max θ min θ ) 7 式中 θ max 为网格的最大角度 θ min 为网格的最小角 度 θ 为网格的平均角度 Skewness 用来判断网格质 量的好坏 一般要求其值小于 97% 针对所有 方 案 在 Fluent 模拟求解计算中 采用了相同的进口压 力 118 MPa 和出口压力 1. 1 MPa 针阀升程都为 0. 21 mm 采 用 标 准 k-ε 模 型 设 定 Turbulence kinetic energy和 Turbulence dissipation rate 项采用 2 阶迎 风 格 式 差 分 计 算 其 余 参 数 使 用 1 阶 迎 风 7 格式 4 4. 1 模拟结果的对比与分析 长径比对喷嘴内部燃油空化程度 湍动能及流 速的影响 5 4 3时 图 4a 分别列出了长径比 L / D 等于 6 的喷孔内部空化程度及流速特性的情况对比图 由 气相体积分数分布图可以看出 随着喷嘴直径的增 大 气相体积分数增加 即喷嘴内燃油空化程度增 强 从图 4b 中能够直观的看出喷嘴内部空化程度 随 L / D 变化的发展趋势 长径比 L / D 越小 空化现 象越明显 沿喷孔径向方向的空化区域越宽 相比过 小的喷嘴直径不利于空化现象的产生 即发生空化 现象的区域较窄 从速度矢量图可以看出 流速也 随着 L / D 的减小相应增加 原因是喷孔直径变大 减少了壁面对流体流动的约束 降低了对其动能的 损耗结合图 4a 和图 4b 可以得出在一定范围 图4 不同 L / D 对喷嘴内部燃油流动性能的影响

8 1137 4. 2 r /D 5 r /D r /D r D 5a r /D 0 1 2 3 8 5b r /D r /D = 3 r /D r /D 5b r /D 5a 5b 4. 3 θ θ 6a θ 65 70 75 80 9 5b θ = 80 6a 6b 5 r /D

1138 32 5 1 L /D 2 r /D 3 θ 6 θ 1 Payri R Salvador F J Gimeno J et al. Diesel nozzle geometry inluence on spray liquid-phase uel penetration in evaporative conditions J. Fuel 2008 87 7 1165 ~ 1176 2 Som S Ramirez A I Longman D E et al. Eect o nozzle oriice geometry on spray combustion and emission characteristics under diesel engine conditions J. Fuel 2011 90 3 1267 ~ 1276 3. J. 2005 26 6 18 ~ 21 4 Martinez L Benkenida A Cuenot B. A model or the injection boundary conditions in the context o 3D simulation o diesel spray methodology and validation J. Fuel 2010 89 1 219 ~ 228 5. D. 2010 6. Fluent M. 2003 7. J. 2007 28 4 32 ~ 36 8 Payri F Payri R Salvador F J et al. A contribution to the understanding o cavitation eects in Diesel injector nozzles through a combined experimental and computational investigation J. Computers and Fluids 2012 58 15 88 ~ 101 9. J. 2010 28 2 133 ~ 140