船用PFI氨燃料发动机喷射阀强度与流量性能优化研究

来源：机床与液压杂志2025年第11期北京时间：

作者：李许庆，黄都，石磊，李栋，胡玉针，屈超，吴学东

单位：重庆红江机械有限责任公司；重庆红江机械有限责任公司；船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心；上海交通大学机械与动力工程学院；上海交通大学机械与动力工程学院；重庆红江机械有限责任公司；船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心；重庆红江机械有限责任公司；重庆红江机械有限责任公司；船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心；重庆红江机械有限责任公司

摘要：针对船用氨燃料发动机喷射阀难以同时满足高结构强度和大喷射流量的问题，基于有限元三维模型构建阀片-阀座冲击模型和流体域流量模型，并采用仿真软件进行数值模拟，设计一种中心复合试验设计方案。建立设计变量（阀片-阀座环带宽度d、阀片-阀座升程h和阀片梯形槽夹角θ）与研究指标（结构应力ps和喷射流量Q）的映射关系，以相对低的结构应力和相对高的喷射流量作为期望目标，构建设计变量与研究指标之间的三元二次数学模型。利用NSGA-Ⅱ多目标优化算法，以最小化结构应力和最大化喷射流量为目标进行优化求解，获取Pareto最优解集。结果表明：优化后的氨喷射阀设计变量d=1.3 mm、h=0.4 mm、θ=30°时，研究指标ps=551.2 MPa、Q=67.8 g/s，较优化前性能显著提升。结合使用仿真平台和优化算法，优化后的喷射阀能够实现低结构应力和高喷射流量，为PFI氨燃料发动机喷射系统市场化应用提供了一定的支撑。

关键词：氨喷射阀;结构强度;流量特性;多目标优化

基金资助：工业和信息化部船用发动机能力提升创新工程项目（工信部重装函\[2022\]296号）