高压共轨轨腔内部流动数值分析

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1、大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：：壹砬燮圭垄国童凶翌立盏动麴盘作者签名：鳖±拉日期：迦Q荭年2兰月丝日导师签名：互垃大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1研究背景与意义能源和环境已成为当今世界

2、发展的两大主题之一【11。随着工业化进程的加快和产业革命的调整，以柴油机为动力的动力机械以其显著的经济性能和动力性能将广泛应用于各个行业。但是柴油机工作噪声大，尾气排放超标，如何解决这些难题已成为制约以柴油机为动力的动力机械发展的主要因素。共轨喷射系统的应用则很好地解决了这一世界性的难题。为了节省能源、降低排放，柴油机电子控制燃油喷射技术已经取得了巨大的进步，而共轨喷射技术的应用，实现了柴油机发展史上的一大飞跃。柴油机高压共轨系统在整个内燃机行业被公认为20世纪三大突破之一，是20世纪柴油喷射系统的主流【2u31。若想在

3、保持直喷柴油机卓越的燃油经济性的同时，又能满足越来越严格的排放法规，除了降低润滑油消耗、优化增压系统和发展废气后处理系统外，进一步改善内部流场特性也是非常重要。在提高压力的同时带来内部流体波动，所以研究高压管轨腔内部的流场特性是一个重要环节。内部流体波动是影响柴油机燃烧过程的关键环节。为了有效地减小燃油消耗率，改善动力性能和满足更严格的排放标准，要求喷射系统具有高的喷油压力和更灵活的燃油喷射控制。高压共轨喷射系统正是顺应以上需求而出现的，并得到了很大的发展。内部流场的研究手段主要有实验研究、理论分析和数值分析三种方法。实

4、验研究起主要作用，它能在与所研究的问题完全相同或大体相同的情况下进行研究，直观且可信度高，但受限于实验手段、方法、设备和经费等客观条件，此外实验只能关心有限个重要部位的变化。理论分析利用数学方法求出理论结果，清晰、普遍地揭示流体运动机理及压力波动变化的内在规律。但理论分析受到数学工具和求解方法的限制，往往只能建立较为简单的近似模型和工程经验公式，无法满足研究分析更复杂、更符合实际的现象。随着计算机硬件的发展，数值计算得以长足发展。与实验方法和理论分析相比，以计算流体力学(CFp—_c伽叩uterFluidDynamics

5、)为基础的数值计算有以下一些优点：l、数值计算可节省大型实验而花费的巨大入力和物力；2、数值计算应用范围广，不受实验边界条件的影响和湍流、高压、雷诺数的影响和限制；3、数值计算应用范围机动性大，可根据计算机终端的设置而随时改变算题；4、数值计算可以计算使用实验方法无法测量或不能进行实验的场合。由于自身的突出特点，数值计算已成为与实验研究和理论分析同等重要的研究方法。当前，国外各行也已投入大量的人力和物力进行CFD技术的应用，配合实验的严高压共轨轨腔内部流动数值分析整和完善，大大加快了新型产品的研究与开发【4】q们。高压共

6、轨柴油机的运转速度很高，燃油喷射时间很短，并且在喷射过程中高压油管的压力随时间和位置的不同而变化【71。加之柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象【引，并且由于压力的突变容易导致空蚀现象【91。因此，共轨中压力波动是设计所要考虑的重要参数，为减小共轨压力波动和启动油压的建立受喷油器、高压油泵和调节阀工作的影响，共轨的长度、内

7、径和容积应有一合理的数值【10Ⅲ11。因此，了解和掌握高压轨腔内流场特性的影响因素，对于进一步改善和提高轨腔内压力波动性能有重要作用。1．1．1共轨系统发展简史【12】20世纪90年代研制出了一种全新的燃油喷射系统——电控共轨燃油系统。虽然该系统正式面市时间还不长，但已经显示出了它的巨大优越性和发展潜力。20世纪60年代后半期，瑞士的Hiber教授开发成功柴油机电控共轨系统的“原型"。其后，瑞士工业大学以Gnaser教授为中心对电控共轨系统进行了一系列研究。20世纪80年代，日本电装开始将精力转向柴油机燃油系统方面，开始

8、考虑将汽油机的电控喷油技术应用到柴油机上来，于是构思了ECD-U2系统。1994年，由戴姆勒——舞驰、菲亚特、EalsiS公司和博世四家公司成立了联合开发组，共同开发了电控共轨式燃油系统。同年，博世将当时尚较陌生的共轨式燃油系统开发成为批量产品，并作了200万公里室外道路试验验证，证实了电控共轨系统在噪声特性、排放及