节能汽车喷雾特性虚拟仿真平台包括高压共轨燃油喷射系统、定容弹缸内环境模拟系统、马尔文粒度测量分析系统、高速摄像运动分析系统、数据采集系统、Matlab喷雾数字图像处理系统、Fluent喷雾虚拟仿真系统。

高压共轨燃料喷射系统主要由高压油泵、共轨管、电控喷油器、单孔喷嘴、稳压电源、喷油器控制系统、轨压传感器及信号采集卡等组成；高压共轨燃油喷射系统安装于定容弹顶部，利用定容弹的压力和温度控制系统，模拟柴油机或直喷式汽油机的缸内环境；利用马尔文激光粒度分析仪和高速摄像机测定不同燃料在不同条件下的宏观和微观喷雾特性，采用Matlab喷雾数字图像处理系统计算分析喷雾锥角、贯穿距离、喷雾油束投影面积、喷雾粒子粒径分布和Sauter平均直径等。以Fluent软件为基础，基于计算流体力学的基本控制方程及湍流模型，根据实验条件选取喷孔内部瞬态流动仿真所需多相流模型以及空穴模型，采用GAMBIT软件建立喷嘴三维几何模型，并进行网格划分，编译针阀运动的UDF文件，采用动网格技术实现针阀运动，仿真分析针阀运动对喷孔内部瞬态空穴流动的影响。

由于从针阀开启到关闭的过程，喷孔出口处的速度、质量流率等参数随时间而变化，因此，需要将喷孔内部瞬态流动与喷雾过程进行耦合。通过对喷孔内部瞬态流动数值模拟，将仿真得到的喷孔出口处的结果编译为profile文件，并在数值模拟生物柴油喷雾特性时调用此文件，将其作为喷雾模型的初始条件，实现喷孔内部瞬态流动与喷雾过程的耦合，使喷雾模拟结果更接近实际情况。根据喷雾试验条件合理选择离散液滴模型、液滴碎裂模型、液滴碰撞模型、液滴湍流扩散模型及动态曳力模型，利用FLUENT软件模拟分析喷射压力、环境压力、环境温度、喷嘴结构及燃油温度对宏观和微观喷雾特性的影响。

                                                   马尔文和高速摄像喷雾测试系统示意图及实物图

应用节能汽车喷雾特性虚拟仿真实验平台目前可完成喷孔内流动特性实验、柴油机缸内喷雾模拟实验、液体射流碎裂过程可视化实验、缸内直喷汽油机喷雾场时空综合性能检测实验。