柴油机喷油器内部瞬态空化流动特性数值模拟研究

发布时间：2017-09-06 03:35

  本文关键词：柴油机喷油器内部瞬态空化流动特性数值模拟研究

  更多相关文章： 柴油喷雾 空化 结构参数 喷射条件 数值模拟

【摘要】：柴油机喷雾质量直接影响到燃油在气缸内的燃烧过程,良好的雾化质量能有效提高燃油利用率,从而改善燃油经济性,降低污染物排放。大量研究证实喷孔内部空化现象对燃油一次雾化效果起着关键性的作用,进而影响喷雾特性。喷嘴内空化现象的产生能有效提高燃油喷射的雾化质量,但同时会造成喷嘴内部的气蚀磨损,影响喷嘴使用性能,因此对喷孔内部空化现象进行研究具有重要意义。本文采用数值模拟的方法,研究喷嘴结构参数和喷射条件对喷孔内瞬态空化流动特性以及对应出流特性的影响。在研究过程中,首先通过与Arcoumanis C.等人的透明喷嘴实验结果的对比验证了物理模型的准确性,并且经过深入分析确定了混合多相流模型、标准-模型以及Schnerr and Sauer模型为模拟柴油机喷嘴内部空化流动较合理的物理模型。在此基础上在CFD平台上利用动网格技术完成瞬态模拟,发现喷孔内空化现象与针阀动态运动过程密切相关:针阀开启瞬间,喷孔内空化现象迅速产生;随着针阀升程的增大,空化现象急剧减弱,随后保持稳定状态;针阀下降末期,喷孔内空化现象再次增强。其次研究了喷嘴结构参数对空化效应的影响,发现增加针阀最大升程对喷孔内空化现象有抑制作用,但影响效果并不显著;增大喷孔内壁粗糙度、喷孔长径比以及入口圆角都能显著抑制喷孔内部空化程度。同时,随着针阀最大升程的增大,喷孔出口质量流量、流量系数、平均速度以及平均湍动能都会增大;粗糙度的增大造成喷孔出口平均速度和质量流量均减小,但提高了喷孔出口平均湍动能,对流量系数影响较小;随着喷孔长径比的增大,喷孔出口平均速度和湍动能呈减小趋势,在针阀上升阶段初期,当L/D小于4时,喷孔出口质量流量和流量系数均呈增大趋势,当L/D大于4时显著减小;随着入口圆角的增大,喷孔出口平均速度、质量流量以及流量系数均增大,但平均湍动能变化并不明显。最后研究了喷射条件对空化效应的影响,结果表明:针阀上升速度、下降速度以及喷射压力的提高,都对喷孔内部空化现象有促进作用;同时,喷孔出口质量流量、流量系数、平均速度以及平均湍动能随着针阀上升速度的增大而增大,随针阀下降速度的增大而减小;随着喷射压力的提高,喷孔出口质量流量、平均速度以及湍动能都大幅度增加,但流量系数并无显著变化。
【关键词】：柴油喷雾 空化 结构参数 喷射条件 数值模拟
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 空化现象形成机理12-15
• 1.3 柴油机喷嘴内空化现象的研究现状15-18
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 第二章 喷嘴内部空化流动的数学及物理模型19-34
• 2.1 多相流模型19-22
• 2.1.1 基于VOF方法的多相流模型19-20
• 2.1.2 混合多相流模型20-21
• 2.1.3 欧拉多相流模型21-22
• 2.2 湍流模型22-29
• 2.2.1 标准 k? ε模型24-26
• 2.2.2 Realizable k?ε模型26-27
• 2.2.3 RNG k?ε模型27-28
• 2.2.4 SST k? ω模型28
• 2.2.5 Reynolds应力方程模型28-29
• 2.3 空化模型29-33
• 2.3.1 Zwart-Gerber-Belamri模型30-31
• 2.3.2 Schnerr and Sauer模型31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 喷嘴内部空化流动物理模型验证和选取34-48
• 3.1 空化流动实验介绍34-37
• 3.2 实验工况数值模拟37-39
• 3.2.1 几何模型和网格模型37
• 3.2.2 模型选择及参数37-38
• 3.2.3 网格无关解38-39
• 3.3 物理模型验证及选取39-47
• 3.3.1 多相流模型选取39-42
• 3.3.2 湍流模型选取42-45
• 3.3.3 空化模型选取45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 喷嘴结构参数对瞬态空化流动特性影响研究48-72
• 4.1 喷嘴内部空化流动数值模拟模型建立48-49
• 4.1.1 几何模型和网格模型48-49
• 4.1.2 模型选择及参数49
• 4.2 针阀最大升程对瞬态空化流动特性影响49-54
• 4.2.1 数值模拟计算工况49
• 4.2.2 数值模拟结果分析49-54
• 4.3 喷孔内壁粗糙度对瞬态空化流动特性影响54-60
• 4.3.1 数值模拟计算工况54-55
• 4.3.2 数值模拟结果分析55-60
• 4.4 喷孔长径比对瞬态空化流动特性影响60-65
• 4.4.1 数值模拟计算工况60
• 4.4.2 数值模拟结果分析60-65
• 4.5 喷孔入口圆角对瞬态空化流动特性影响65-70
• 4.5.1 数值模拟计算工况65
• 4.5.2 数值模拟结果分析65-70
• 4.6 本章小结70-72
• 第五章 喷射条件对瞬态空化流动特性影响研究72-87
• 5.1 针阀运动规律对瞬态空化流动特性影响72-82
• 5.1.1 针阀上升速度对瞬态空化流动特性影响72-77
• 5.1.2 针阀下降速度对瞬态空化流动特性影响77-82
• 5.2 喷射压力对瞬态空化流动特性影响82-86
• 5.2.1 数值模拟计算工况82
• 5.2.2 数值模拟结果分析82-86
• 5.3 本章小结86-87
• 结论与展望87-89
• 全文结论87-88
• 工作展望88-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间发表论文93-94
• 致谢94

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