内燃机附壁油膜蒸发数值模拟

发布时间：2017-09-03 21:30

  本文关键词：内燃机附壁油膜蒸发数值模拟

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【摘要】：作为内燃机工作的核心,喷雾燃烧过程的优劣决定了内燃机的热效率以及排放。喷雾碰壁以及附壁油膜的形成作为内燃机喷雾过程中不可避免的一种现象,对内燃机的性能及排放有着非常重要的影响。附壁油膜的产生,直接影响混合气形成的优劣,并且研究表明附壁油膜的存在是未燃碳氢排放的重要原因。本文以气泡动力学为基础,首先对附壁油膜气液两相流中的气泡动力学特性以及传热传质特性进行了分析。应用数值方法,对以内燃机工况为代表下的附壁油膜蒸发问题的机理进行了研究。以VOF方法为基础结合自适应局部网格加密技术捕捉气液两相界面变化。应用自定义函数(UDF)建立了附壁油膜蒸发传热传质模型,模拟油膜内气泡生长过程。利用VOF模型模拟热壁面上的油膜的蒸发,通过气泡核化与演变的过程模拟,对油膜蒸发的影响因素进行了分析。根据查阅文献中的热壁面上单个空穴气泡生成的实验条件与数据,应用建立的数值蒸发模型进行相关模拟,并将气泡的生成速度和气泡尺寸与实验数据进行了对比分析,发现数值计算结果有着很好的适应性与可行性。通过参考内燃机气缸内部的实际工况作为条件,对以正庚烷为工质的油膜蒸发情况进行了分析,考虑变化的温度及压力对物性参数的影响,以壁面温度、液面高度等变化为主探讨了热壁面条件下表面张力、重力、粘性以及相变对沸腾蒸发传热的综合影响。最后,参考内燃机附壁油膜在实际工况中的尺寸,对微米级的油膜蒸发进行了数值模拟,更详细的分析了沸腾相变传热过程,更深入的探讨了沸腾蒸发的相变机理。
【关键词】：气泡动力学 沸腾相变传热 油膜蒸发
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 附壁油膜蒸发的研究现状9-17
• 1.2.1 油膜(液膜)蒸发特性实验研究10-13
• 1.2.2 数值模拟计算研究13-17
• 1.3 计算流体动力学(CFD)基础17
• 1.4 本文研究内容17-19
• 2 油膜蒸发数值模拟基础理论与模型19-25
• 2.1 气泡动力学模型19-21
• 2.2 数学模型21-24
• 2.2.1 VOF模型21-22
• 2.2.2 控制方程22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 油膜蒸发过程中气泡生长及上升过程数值模拟25-33
• 3.1 附壁油膜中气泡生长及上升过程影响因素分析27-32
• 3.1.1 壁面温度的影响27-30
• 3.1.2 液面高度的影响30-31
• 3.1.3 环境压力的影响31-32
• 3.2 本章小结32-33
• 4 模型验证及附壁油膜蒸发研究33-72
• 4.1 温度及压力对物性参数的影响33-49
• 4.1.1 温度及压力对密度的影响33-38
• 4.1.2 温度对表面张力的影响38-41
• 4.1.3 温度对汽化潜热的影响41-42
• 4.1.4 温度对二元扩散系数的影响42-44
• 4.1.5 饱和温度的计算44-46
• 4.1.6 考虑物性参数变化后的单液滴蒸发数值模拟计算46-49
• 4.2 模型验证49-57
• 4.3 油膜蒸发的影响因素分析57-71
• 4.3.1 壁面温度的影响57-63
• 4.3.2 液面高度以及气泡初始尺寸的影响63-68
• 4.3.3 表面张力的影响68-71
• 4.4 本章小结71-72
• 5 结论与展望72-74
• 5.1 结论72
• 5.2 展望72-74
• 参考文献74-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【共引文献】

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本文编号：787441