随着社会科技的进步,人们对清洁、高效的动力源的要求越来越高,现代汽车要求发动机具有节能与减排的性能,燃油雾化与燃油燃烧、发动机排放关系密切。燃油溶气喷射雾化作为一种技术手段,利用燃油在喷射过程中的压力降低,析出大量溶气,形成对燃油射流的扰动,增强燃油雾化。以往主要通过试验方法研究溶气燃油雾化机理和其影响因素,由于试验难以观察喷孔内部的流动,导致孔内多相流动与燃油雾化效果之间的关系认识不透彻。为了探究溶气对燃油喷射雾化的影响,本文利用CFD软件的多相流模型对该问题进行数值模拟计算,分析了溶气燃油对喷孔内空化流动与喷嘴近场雾化的影响。主要成果如下:首先,基于VOF方法建立蒸汽相变-气溶解空化模型,同时考虑了液相蒸发相变与非凝结气体的溶解析出非相变两种空化模式。通过与液压V型锥阀空气型空化流动的试验观察结果对比,及空化分布区域尺度数据对比,都验证了该数学模型的准确性,可用于溶气析出的空化流动计算。随后,将该模型用于低溶气燃油孔内空化流动规律分析,结果发现,随着溶气量的增加,溶气燃油的非相变型空化会持续抑制燃油蒸汽相变型空化,并且非相变型空化会一直增强。当饱和溶气压力低于标准大气压时,喷孔内的总气相体积分数维持在某一固定数值;当饱和溶气压力高于标准大气压时,喷孔内的总气相体积分数会持续增大,空化程度增强,但沿喷孔轴线分布的气相不是来源于燃油蒸汽,而是溶解在燃油中的空气析出的。随出口背压提高,出口附近的孔内压力会大幅抬升,空化被抑制;当压力高于饱和溶气压力和饱和蒸汽压力后,无论溶气量如何变化,都难以在喷孔内形成空化区。随喷孔进口圆角半径增大,喷孔进口处的“缩脉效应”逐渐减弱,进口处的附壁空化程度降低,孔中心位置的非相变型空化降低较少;当圆角半径较大时,喷孔进口处的附壁空化可被完全抑制,但此时孔中心位置的非相变型空化仍存在。最后,对高溶气量条件下,溶气量、压力边界条件和喷孔圆角半径对燃油喷射雾化的影响进行分析,形成三个因素对孔内空化强度影响的一些结论:随着溶气量的增加,喷孔进口处空化强度会持续降低,而其他区域的空化强度会持续升高,进而增强近场雾化效果,喷雾锥角持续增加,喷雾形态由圆锥形转变为抛物形,喷孔流量系数持续小幅降低。进口喷射压力越大,溶气在喷孔内析出形成气态的比例也减小,流量增大的同时,其喷孔流量系数会持续小幅增大。进口喷射压力较大时,由于喷出的溶气燃油数量的增加使得由溶气析出膨胀带来的雾化也增加,喷雾燃油分布更均匀。另外,背压的存在并不会影响孔内压力的分布,而是会很大程度降低喷孔出口处附近的压降程度,进而抑制燃油喷射雾化,背压越大,溶气燃油喷射雾化减弱程度越高。相比无圆角喷孔,设置圆角的喷孔附壁空化程度降低较多,且随圆角增大可完全消除,但喷孔轴线位置的空化只有少量减弱。此时通过加大溶气量可以达到避免附壁空化的同时,增强孔内空化扰动改善喷射雾化的效果。经过上述探究,发现可以通过改变喷孔结构的方式减弱孔内形成的附壁空化,并且通过增加溶气量的方式增强孔内轴线附近的空化,可以起到保护材料不受“气蚀”,又能增强喷雾效果,为溶气燃油喷射雾化的改良提供了一种全新的思路。