喷孔直径对高压喷射喷嘴内甲醇流动及喷雾瞬态特性影响的可视化试验研究

摘要

为研究甲醇燃料在内燃机喷油器喷嘴内部的流动特性及近场喷雾演变规律，解决甲醇燃料与透明喷嘴材料间的光折射率匹配难题，自主搭建高压燃油喷射及雾化可视化试验系统，并开发了背光均光成像技术。基于该平台，探究了喷孔直径为0.20、0.30、0.40 mm,喷射压力为50 MPa和背压为0.1 MPa时甲醇燃料的瞬态流动特征与喷雾宏观特性。研究结果表明：针阀开启过程中，喷孔内几何空化快速初生并演化为超空化流态，同时伴随喷嘴压力室内持续发展的线空化现象及空泡团簇汇聚运动。喷嘴锥角的变化滞后于针阀运动，且喷孔直径与线空化强度呈非线性关系，当孔径处于0.30 mm时，喷孔入口与针阀、压力室构成的流道可导致空化强度达到峰值，喷雾锥角峰值达32.01°。同时，小孔径喷嘴(0.20 mm)在出口区域产生更强的剪切效应，这种流体扰动加速了甲醇尾喷阶段细长液丝的断裂过程，尾喷持续时间较0.30 mm孔径喷嘴短60μs。该研究揭示了甲醇在喷嘴内的空化演化机制及近场喷雾特性，可为甲醇喷油器的结构优化与喷雾控制提供试验依据。

关键词

甲醇 / 喷嘴 / 空化 / 喷雾 / 可视化试验

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52376113); 中国博士后科学基金资助项目(2024M763728)