燃油系统内电控阀区域的高压瞬变流场特性及气穴过程研究

柴油机电控高压燃油系统的控制阀打开时，高压燃油从复杂且小流通面积的控制阀锥面瞬时流入低压油路，这是一个压力和流量强耦合的过程，将出现强湍流并产生气泡形成油气两相流。本项目以电控单体泵为研究载体，试验和仿真相结合，开展电控燃油系统控制阀区域高低压油路导通时的高压瞬变流场特性及气穴过程研究。采用瞬态压力传感器测量控制阀进出燃油压力，在泵体上设计光学探测窗口采用高速摄像仪器测量控制阀出口端流场；进行不同燃油温度、压力和控制阀开度试验；采用Wigner-Ville谱方法研究控制阀区域的压力波和油气两相流的表征关系；采用Fluent软件开展控制阀区域瞬变流场和压力场及其影响因素、控制阀区域形成两相流的临界条件和控制阀区域动态过程对燃油系统影响的研究。通过本项目对电控高压燃油系统内控制阀附近流场的深入研究，揭示电控燃油系统内控制阀区域燃油流动的瞬态过程，提高对电控高压燃油系统的理论分析和应用设计能力。

现代柴油机电控高压燃油系统通过电磁阀控制高压燃油和低压燃油的导通或切断来实现燃油喷射控制，当控制阀打开，高压燃油将在瞬间(小于0.1ms)通过很小的流通面积流入低压油路，此过程压力变化梯度大(大于150MPa)，导致控制阀附近的燃油流动非常复杂，存在着高度湍流并可产生气化，该过程将影响高压燃油系统内其他位置的燃油流动特性，最终影响电控燃油系统的喷雾特性。.本项目以电控单体泵为研究对象，在控制阀区域设计光学窗口，对控制阀打开时卸油过程进行试验研究，采用高速摄像仪拍摄控制阀出口端的流动，获得了断油时控制阀打开过程的控制阀区域的燃油流动光学照片。设计开发了试验结果图像处理软件，获得了图片亮度与流动气化现象的关系。结果证明电控单体泵控制阀打开过程中出现了气泡，存在气液两相流；发现阀芯出现往复运动，阀内的流动引起的液动力对阀芯的运动影响最大，同时，阀附近的压力场分布也对阀芯的运动有显著影响；往复运动对阀内流体进行挤压，形成多次气化；根据气泡的变化规律，控制阀开启过程基本上可以分为三个阶段：气泡形成期、往复期、衰减期；随着喷射压力的增加，气化现象加剧。.为获得控制阀密封锥面区域的流动特性，本项目基于CFD软件CFX、Fluent开展了电控单体泵控制阀内部流场的稳态及动态流动仿真研究，分析了该区域两相流的分布特点和产生原因。仿真结果表明：控制阀内易于产生两相流的区域主要有三个，其中以密封锥面处的气化最为明显，当阀门开启初期，在密封锥面由于流通截面逐渐变大，流体流入此狭小区域，流速急剧上升，导致压力下降，出现空化，初期产生的气泡均布在靠近阀体的密封锥面区域下部；随着开度加大，流通截面也相应变大，更多的流体流入阀内，密封锥面区域内的气泡发生扰动，气泡开始离开下密封面向上密封面靠近，并且逐渐形成气团，直到阀门全开，气团占据了密封锥面区域中的一部分；入口参数的变化对气化有一定的影响，压差越大，产生的气化现象越明显；入口流量增大，气化现象加剧；当气化加剧时，导致流量系数下降，控制阀内的流通能力降低，流量出现壅塞。.采用高压共轨喷油器研究了小通道条件下进出口压力对流量的影响。试验结果表明，进出口压力均对流量有显著影响，引入进出口压力的比值作为气化判断依据，发现该值越小气化趋势越明显；气化越严重，流量系数越小。