摘 要

本文借助CFD软件AVL-FIRE对柴油喷雾进行数值仿真，并将仿真结果与实验结果进行对比，从而对柴油喷雾特性进行研究。其中，主要研究了喷射压力、环境背压以及喷孔直径、喷孔倾斜角对柴油喷雾特性即喷雾贯穿距、索特平均直径和喷雾锥角的影响。研究结果表明：随着喷射压力的增大，喷雾贯穿距逐渐增大，SMD逐渐减小，喷雾锥角的变化则不是很明显；而随着环境压力的增大，喷雾锥角和SMD逐渐增大，喷雾贯穿距随之变小；而喷孔集合特性对柴油喷雾特性影响较小，相应的喷雾特性变化并不明显。

关键词：柴油喷雾；贯穿距；SMD；喷雾锥角

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Abstract

In this paper, the CFD software AVL-FIRE is used to simulate the diesel spray, and the simulation results are coMPared with the experimental results to study the diesel spray characteristics. Among them, the effects of injection pressure, ambient back pressure and nozzle diameter, nozzle pitch angle on diesel spray characteristics, spray penetration, SMD and spray cone angle were studied. The results show that with the increase of the injection pressure, the spray penetration distance increases and the SMD decreases gradually, and the change of the spray cone angle is not obvious. With the increase of the environmental pressure, the spray cone angle and SMD gradually increase, The spray penetration distance decreases with each other, while the characteristics of the spray hole have little effect on the diesel spray characteristics, and the corresponding spray characteristic change is not obvious.

Key Words：Diesel Spray;Penetration Distance;SMD;Spray Angle

目 录

第1章 绪论 1

1.1 柴油燃料简介 1

1.2 柴油机发展现状及前景 1

1.3 柴油喷雾研究意义 1

1.4 柴油喷雾的研究发展现状 2

1.5 本课题研究目的及研究内容 3

1.5.1 研究目的 4

1.5.2 研究内容 4

第2章 柴油喷雾研究的基本原理 5

2.1 燃料喷雾雾化、破碎机理 5

2.2 柴油喷雾特性 5

2.3 试验研究方法 6

2.3.1 柴油喷雾实验研究方法 7

2.3.2 柴油喷雾实验设备简介 7

2.4 数值仿真基本模型 8

2.4.1 常用的CFD喷雾模型 8

2.4.2 基于AVL-FIRE的喷雾子模型建立 9

2.5 AVL-FIRE数值仿真操作方法 10

2.5.1 网格划分 11

2.5.2 运转模式的定义及计算模块的选择 12

2.5.3边界条件及初始条件的调节 13

2.5.4 求解器设置 13

2.6 本章小结 14

第3章 柴油喷雾数值仿真结果分析 15

3.1 喷雾贯穿距 15

3.1.1 喷射压力对喷雾贯穿距的影响 15

3.1.2 背压对喷雾贯穿距的影响 16

3.1.3 喷孔几何特性对喷雾贯穿距的影响 16

3.2 索特平均直径（SMD） 17

3.2.1喷射压力对SMD的影响 18

3.2.2 背压对索特平均直径的影响 18

3.2.3 喷孔几何特性对索特平均直径的影响 18

3.3 喷雾锥角 20

3.3.1 喷射压力对喷雾锥角的影响 20

3.3.2 背压对喷雾锥角的影响 21

3.3.3 喷孔几何特性对喷雾锥角的影响 22

3.4本章小结 23

第4章 柴油喷雾试验结果分析 24

4.1 喷射压力对柴油喷雾特性的影响 24

4.2 喷孔倾角对柴油喷雾特性的影响 28

4.3 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 工作展望 30

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 柴油燃料简介

同汽油一样，柴油也是石油产品的一种，是一种烃类混合物。柴油的制法多样，且产量巨大，是一种应用广泛的液体燃料。柴油主要分为轻柴油和重柴油两个种类，两种柴油沸点各有不同。柴油凭借其优秀的理化特性，目前已广泛用于重型车辆及船舶等领域，具有良好的应用前景。因此，伴随着柴油的优秀理化性质所带来的应用前景，柴油机亦受到人们相当的重视。

1.2 柴油机发展现状及前景

柴油机凭借着出色的动力性与较好的燃油经济性在大功率车用发动机领域中有着稳固的地位。人们对柴油机的研发始于1897年，在过去的一百多年中，人们不断的对柴油机的多个部分进行着升级与改造，极大得提高了柴油机的功率，同时还使其油耗大幅下降，在排放方面亦不断地进行改善，以上这些共同作用，使得柴油机在时间洪流中始终有着出色的工作成绩，也让柴油发动机的市场占有额不断提高至近几年的42.8%，且持不断增长的态势^[1]。

近几年来，随着能源短缺、环境污染的现象不断加剧，很多人开始放弃对内燃机、石化燃料的研究，转而研究以电力为主要能量来源的电动汽车、混合动力汽车，或者着力研究柴油的替代燃料以解决以上问题。在技术条件的限制下，电动汽车及混合动力汽车目前很难取得较大成就，很难对柴油机、汽油机的地位产生影响；同时，在替代燃料方面，虽然很多学者对醇类燃料、生物柴油进行了大量研究，然而其大部分研究均是建立在柴油研究的雄厚理论基础之上的，况且，我们对于柴油的研究，还远未达到“全知全能”的地步。因此，从以上我们可以得到：不远的将来，柴油机在车用动力领域仍然具有十足的统治力，所以，改善柴油机燃烧、降低排放仍是我们的主要努力目标。

1.3 柴油喷雾研究意义

柴油机虽然表现出色，但在能源短缺与油价飙升的国际背景下，其自身仍需不断提高，其动力性以及燃油经济性仍需改善，要改善动力性及经济性，便需要使柴油进行更加高效清洁的燃烧，即改善燃料的着火与燃烧，在此过程中，影响最大的便是被喷入气缸中的柴油的雾化质量^[2]。为了对燃料的燃烧过程进行强化，人们希望液体燃料在被喷入气缸后可以被制作为均匀分布的喷雾微粒。如此可以大大的增加燃料的蒸发面积，使得燃料具有更多、更广的表面可以与空气进行接触，从而可以使燃料迅速地与空气混合、蒸发，随后发生燃烧。因此，研究柴油的喷雾特性，对改善柴油机的燃烧、降低排放有着重大的意义。

1.4 柴油喷雾的研究发展现状