空穴现象的可视化试验研究综述

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集空穴现象的可视化试验研究综述许沧粟，魏建勤，齐放，程杰（浙江大学动力机械及车辆工程研究所，浙江，杭州310027）摘要：介绍了柴油机喷雾过程中，喷孔内流动的五种不同形态，以及喷孔内空穴的产生与发展。系统介绍了用乙稀基聚硅氧烷制喷孔模型，非破坏性地精确测量喷孔内尺寸的技术；介绍了不同的空穴准则数的定义，概括空穴准则数的定义由增强空穴的因素与减弱空穴的因素之比来定义，增强空穴的因素由平均喷雾速度或压力降来表征，减弱空穴的因素由

2、喷孔下游的压力表征；进一步介绍了空穴现象对喷孔流量系数、喷雾锥角的影响。最后，指出了目前可视化研究空穴流现象的不足之处。关键词：柴油机；喷雾；空穴；可视化柴油机燃油的喷射、雾化和蒸发及其与雾化的基本动因。与此同时，喷嘴的几何特空气的混合对发动机的燃烧和排放具有关性对表面波的初始振幅也有重要影响，从控键性作用，良好的雾化是实现高效率燃烧的制雾化过程的N-S方程的求解来看，线性摄前提，对节能和净化排放具有重要的意义。动法求出的解中还含有一个反映初始振幅长期以来，人们对发动机中的喷雾场进行了大小的未定

3、参数，如果把该参数与喷嘴的几大量研究，但由于测试手段的限制，这方面何特性联系起来，就可对不同喷嘴所产生的的研究历来偏重于燃油流出喷嘴后喷雾的不同的喷雾特性作出较圆满的分析和预测。几何特性（喷雾锥角、贯穿长度、油滴尺寸尽管增广气动干扰理论已得到不少实[2]及其空间分布）和物理特性（油滴运动和蒸验结果的支持，但林松飘（S.P.Lin）指出，发规律及其与周围气体间的作用等），而对它在理论上有一严重缺陷，即假定射流表面喷孔内燃油流动状态及其对雾化的影响知所受扰动在各处以相同速率增长，事实上是之甚少。沿着

4、射流方向增大的。他们认为，雾化的主20世纪70年代后期以来，由于各种先要起因是空气压力脉动在气液界面上引起进测试手段相继问世，给详尽研究雾化过程的薄膜波的共振，最后导致射流的不稳定，提供了有力的工具。研究发现燃油在喷入压当喷嘴出口处初始扰动振幅超过某一临界缩空气过程中，受到气动力、惯性力、黏性值时，雾化立即在喷嘴出口处发生，否则存力和表面张力等各种力的共同作用，可以用在一个分裂长度。雾化的第二位原因才是气雷诺数Re、韦伯数We和气液密度比Q这体的黏性效应。[3]几个相似准则来表征和分析研究。由此

5、提出广安博之在多年研究的基础上提出，了数种关于雾化机理的解释，主要有空气动柴油机中的喷雾可分为不完全喷雾和完全力干扰说、湍流扰动说、空化/空穴扰动说、喷雾两种形态(如图1、2所示)。不完全喷边界条件突变说、压力振荡说等等。但上述雾产生于较低的喷射速度下，燃油平滑地沿五种假说中任何一种都不能单独地圆满解喷嘴的内管道喷出，离开喷嘴后保持一段未释雾化现象，并经受实验的检验。受扰液核Lc后才发生雾化；完全喷雾产生最近20余年来，各种先进的电子和光于较高的喷射速度下，此时液柱发生分裂的学测试手段在日益广泛

6、地应用于喷雾研究，过程已不复存在，在喷嘴内部产生的空穴引使得喷雾雾化机理得到进一步的深入研究。起的内部湍流以及离开喷嘴后所受到的气[1]Princeton大学以Bracco为首的研究动力的作用下,燃油立刻在喷嘴处发生分组提出了增广的气动干扰说。他们认为，高裂。这两类喷雾机理是不同的，主要区别在速射流与周围空气之间的气动相互作用导于喷嘴内部流场的空穴现象对促进雾化有致液面不稳定波迅速而有选择地增长，这是重要作用。1成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集广安博之这

7、一结论在本质与Bracco、确了喷嘴内部的空穴现象对促进雾化有重S.P.Lin的喷嘴喷孔内空穴流动促进雾化机要作用。理是一致的，只不过广安博之在此首先提出了空穴（或空化，Cavitation）的概念，明图1低喷射速度下的不完全喷雾图2高喷射速度下的完全喷雾综上所述，空气动力引起的气液界面的喷孔内的空穴流动机理对核电站核反应堆不稳定性、喷孔内的空穴现象和湍流扰动是冷却系统、潜艇的推进系统等国防工业都具[4]喷雾雾化的三个基本要素。具体说，在整个有重要的指导意义。喷雾雾化过程中可以分为初次雾化和二次

8、雾化，初次雾化是指高压燃油从喷嘴射出1喷孔内流动状态后，首先形成油束，同时发生分裂，在此过程中可能产生大小形状各不相同的液体微如前所述，喷油嘴喷孔所形成的喷雾特团结构，从团块、条带、纤丝直到细小的雾性对柴油机的排放性能和燃烧性能均有显粒；二次雾化则是指初次雾化所产生的较大著的影响，在现代柴油机共轨喷油压力的条的团块和液滴在其运动过程中继续分裂破件下,喷孔内部都存在着的空穴是影响喷雾碎，形成更小的液滴和雾粒，理论上存在三特性的重要因素，喷嘴喷孔内的空穴给液流次、四次更进一步的分裂雾化，但其机理与造