喷油器是发动机中关键部件之一,喷油器的发展促进了柴油机的发展,尤其是近70年来,各式各样的柴油发动机性能都得到了迅猛的提升。此次分析的柴油机喷油器是一款大功率低速重载船用柴油机喷油器,虽然船用柴油的各项指标不断的提高,但是到目前为止,柴油机仍然存在诸多问题亟待解决,如噪声大、高度运转性能差、排放污染严重、雾化质量等一系列问题。其中燃油的燃烧过程与柴油机喷雾的质量(雾化锥角、粒径、贯穿距离)有直接关系,良好的喷雾质量能够有效地改善燃油经济性,提高燃油利用率,从而也就降低污染物排放。目前,大量研究证明了喷油孔内部的空化现象对燃油喷雾起着关键性的作用,从而影响雾化特性。因此,对喷油孔内部的空化现象研究以及喷油器结构优化能够降低气相体积分数,减轻机械的磨损,避免喷油器因空化气蚀而产生泄露有着非常重要的意义。本文首先利用数值模拟法并采用相应的湍流模型来分析不同针阀升程下喷油器内部的流动特性。根据喷油器结构特性确定了RNG-模型来模拟柴油机喷油器内部速度以及压力分布情况。通过分析发现喷油器内部最大燃油压力主要位于压力室,到喷油孔入口拐角处压力急剧下降,在圆角连接处出现一个超低压区,并且靠近喷油孔下边缘内壁的压力达到了最低值出现了明显的负压区。不管针阀升程如何变化,喷油孔入口下边缘拐角处都存在燃油速度很大的区域,而且随着针阀升程增加,这种现象更加明显。其次,采用了空化模型研究了喷油器内空化现象发现当燃油流道截面突然减小以及燃油流动方向的突然转变,在喷油孔入口处会出现部分低压区。随着针阀升程的增加,会引起喷油孔拐角处的气相体积分数有较小幅度的增加而气相区域的厚度变化不明显,当进口针阀升程达到0.4mm时后喷油孔处的气相体积分数不再增加,空化区域也基本保持稳定。当喷油孔出口压力越小即喷油器进口与出口的压力差越大时,其喷油孔内燃油的流速也就越快,压力越低,所以越容易达到当时环境温度下的燃油饱和蒸汽压,也就更容易形成空化。基于前述研究,针对喷油器出现的空化问题,本文通过正交试验设计进行结构分析优化,发现喷孔直径0.6mm、倾角66°入口角35°时气相体积分数最小,质量流量最大,从而有效地抑制了喷油器空化现象的产生。最后为了验证优化后的喷油器所受到的热应力是否满足材料能承受的极限。本文通过计算得出喷油器所受到的最大热应力在喷油孔入口上拐角处,数值为412Mpa,而通过疲劳试验得出喷油器材料的疲劳极限为848Mpa,疲劳极限下限为766Mpa,满足要求,不会发生疲劳破坏。