适用于内燃机喷雾的新液滴碰撞模型
发布时间：2021-02-20 23:12
本文将直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法中的时间计数器（Time Counter,TC）法按照喷雾领域对液滴碰撞模型的要求,对粒子碰撞频率、碰撞域的划分以及碰撞对的选取等方面进行改进。通过模拟结果与实验值的对比,表明相对O’Rourke模型与Nordin模型,TC模型对喷雾宏观形态的预测以及对场内液体体积分数（液滴的空间分布）的计算更加准确;对下游索特平均直径的预测与实验值亦更加贴近。
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
碰撞域示意图
９期??索少一等：适用于内燃机喷雾的新液滴碰撞模型??２１８５??范围内的粒子数常常接近或超过８０个，当？??（灼，２?ｘ?，在时间步长仏’内的碰撞次数为：??ＡＭｃ〇ｎＡｔ＇?＝?ｆ?（ｑｉ，ｑ２）?ｘ?４?Ｖｌ＾ａｔＡｔ，＾?（４）??ｘ?Ａｔｆｍａｘ??对于时间步长Ａｆ过小的情况，碰撞域的划分将??不以丑?＜?（仍，２?ｘ?Ａｉ）ｍａｘ为准，替换为ｉ？?＜?（Ｖｌ，２ｘ??Ａ〇ｍａｘ，因此，碰撞域的设定按式（５）确定。??凡沾彡８０且ｉ？彡（巧，２?ｘ?Ａｔ，）ｍａｘ?（５）??当Ｅ?？?（仍，２?ｘ?Ａ〇ｍａｘ?Ｂ寸，单位时间步长Ａｉ内??的碰撞次数为：??ＡＭｃ〇ｎ，Ａｔ?＝?／（９１，９２）?ｘ?－ｊ?；，１，２ｇｔＡｆ?ｒ—?（６）??－ｊｉ?（＾，２?ｘ??定义时间参数＝?Ａ＾／Ａｔ，其在时间Ａｔ内??的碰撞次数为：??基于ＤＤＭ，对于喷雾场内均为粒子的情况，单??位时间内一对粒子的碰撞次数为：??ＡＭＰ＝兀（，、＋?？）、一?（９）??假设在相同的喷雾场内，分布的液滴均为真实??小液滴，则单位时间内两组（每组分别含有Ｗ和９２??个粒子且假设每组粒子的速度，尺寸均相等）小液滴??的碰撞次数约为：??ＡＭｄ？，（ｒｉｔ，２）、２以?（１０）??其中，Ｋ以及Ｗ分别为两种情况下的碰撞域体积。??显然，式（９）没有将“每个粒子代表不同数量的小液??滴”这一因素合理的加权在碰撞频率的计算上。为尽??量使基于ＤＤＭ条件下的粒子碰撞条件与真实小液??滴发生碰撞的情况趋同，不妨令碰撞域％与Ｗ内??的粒子数密度相等。则有：??ＡＭｃｏｉｉ．Ａｔ－?—?ｆ?｛Ｑｉ，Ｑ２）?ｘ?＾＾￣；—?（７）??－ｎ?（Ｖｌ，２?
２１８６??工程热物理学报??４０卷??ｆｒａｎ（０，ｌ）?＜?ｙｗ’ｆ１’２?（１７）??（释）ｍａｘ??式中，＜ｒ为碰撞截面。当大部分候选粒子所代表的真??实小液滴数％很小而９ｍａｘ很大时，则式（Ｉ７）的左??项将远小于１，此时粒子对中选的概率会很校根据??ＮＴＣ模型的碰撞理论，在一定尺寸的碰撞网格内又必??须发生一定数量的碰撞，这样就会拖累运算的效率。??图３两粒子间的空间角度与相对速度??Ｆｉｇ．?３?Ｓｐａｔｉａｌ?ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｗｏ??ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??２模型的验证??Ｋｏ和Ｒｙｏｕ?在其文献中通过双喷嘴对喷的??实验对其新碰撞模型进行了验证，本文引用其实验??结果对ＴＣ模型进行验证。??图４为双喷嘴喷雾碰撞示意图。其中，喷嘴为??直径４００?ｐｍ的圆孔，喷射流体为水。将喷射压力设??定为８?ＭＰａ、１０?ＭＰａ、１２?ＭＰａ，射流对碰角度込ｍｐ??分别为６０。和９０°，对碰距离氏ｍｐ分别为２〇?ｍｍ与??５０?ｍｍ。本文选取其中典型的６组算例进行验证，具??体参数如下表所示。??＼＼?，?／／??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｍａｐ?ｏｆ?ｓｐｒａｙ?ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ??表１实验条件??Ｔａｂｌｅ?１?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??算例序号??１??２??３??４??５??６??喷射压力，Ｐｉｎｊ／ＭＰａ??８??１２??１２??１０??１２??１０??对碰角度，０ｉｍＰ／（°）??６０??９０??６０??９０??对碰距离，Ｓｉｍｐ／ｍｍ??－??２０??－??－??５０??－??喷嘴距离／ｍｍ
本文编号：3043489
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
碰撞域示意图
９期??索少一等：适用于内燃机喷雾的新液滴碰撞模型??２１８５??范围内的粒子数常常接近或超过８０个，当？??（灼，２?ｘ?，在时间步长仏’内的碰撞次数为：??ＡＭｃ〇ｎＡｔ＇?＝?ｆ?（ｑｉ，ｑ２）?ｘ?４?Ｖｌ＾ａｔＡｔ，＾?（４）??ｘ?Ａｔｆｍａｘ??对于时间步长Ａｆ过小的情况，碰撞域的划分将??不以丑?＜?（仍，２?ｘ?Ａｉ）ｍａｘ为准，替换为ｉ？?＜?（Ｖｌ，２ｘ??Ａ〇ｍａｘ，因此，碰撞域的设定按式（５）确定。??凡沾彡８０且ｉ？彡（巧，２?ｘ?Ａｔ，）ｍａｘ?（５）??当Ｅ?？?（仍，２?ｘ?Ａ〇ｍａｘ?Ｂ寸，单位时间步长Ａｉ内??的碰撞次数为：??ＡＭｃ〇ｎ，Ａｔ?＝?／（９１，９２）?ｘ?－ｊ?；，１，２ｇｔＡｆ?ｒ—?（６）??－ｊｉ?（＾，２?ｘ??定义时间参数＝?Ａ＾／Ａｔ，其在时间Ａｔ内??的碰撞次数为：??基于ＤＤＭ，对于喷雾场内均为粒子的情况，单??位时间内一对粒子的碰撞次数为：??ＡＭＰ＝兀（，、＋?？）、一?（９）??假设在相同的喷雾场内，分布的液滴均为真实??小液滴，则单位时间内两组（每组分别含有Ｗ和９２??个粒子且假设每组粒子的速度，尺寸均相等）小液滴??的碰撞次数约为：??ＡＭｄ？，（ｒｉｔ，２）、２以?（１０）??其中，Ｋ以及Ｗ分别为两种情况下的碰撞域体积。??显然，式（９）没有将“每个粒子代表不同数量的小液??滴”这一因素合理的加权在碰撞频率的计算上。为尽??量使基于ＤＤＭ条件下的粒子碰撞条件与真实小液??滴发生碰撞的情况趋同，不妨令碰撞域％与Ｗ内??的粒子数密度相等。则有：??ＡＭｃｏｉｉ．Ａｔ－?—?ｆ?｛Ｑｉ，Ｑ２）?ｘ?＾＾￣；—?（７）??－ｎ?（Ｖｌ，２?
２１８６??工程热物理学报??４０卷??ｆｒａｎ（０，ｌ）?＜?ｙｗ’ｆ１’２?（１７）??（释）ｍａｘ??式中，＜ｒ为碰撞截面。当大部分候选粒子所代表的真??实小液滴数％很小而９ｍａｘ很大时，则式（Ｉ７）的左??项将远小于１，此时粒子对中选的概率会很校根据??ＮＴＣ模型的碰撞理论，在一定尺寸的碰撞网格内又必??须发生一定数量的碰撞，这样就会拖累运算的效率。??图３两粒子间的空间角度与相对速度??Ｆｉｇ．?３?Ｓｐａｔｉａｌ?ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｗｏ??ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??２模型的验证??Ｋｏ和Ｒｙｏｕ?在其文献中通过双喷嘴对喷的??实验对其新碰撞模型进行了验证，本文引用其实验??结果对ＴＣ模型进行验证。??图４为双喷嘴喷雾碰撞示意图。其中，喷嘴为??直径４００?ｐｍ的圆孔，喷射流体为水。将喷射压力设??定为８?ＭＰａ、１０?ＭＰａ、１２?ＭＰａ，射流对碰角度込ｍｐ??分别为６０。和９０°，对碰距离氏ｍｐ分别为２〇?ｍｍ与??５０?ｍｍ。本文选取其中典型的６组算例进行验证，具??体参数如下表所示。??＼＼?，?／／??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｍａｐ?ｏｆ?ｓｐｒａｙ?ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ??表１实验条件??Ｔａｂｌｅ?１?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??算例序号??１??２??３??４??５??６??喷射压力，Ｐｉｎｊ／ＭＰａ??８??１２??１２??１０??１２??１０??对碰角度，０ｉｍＰ／（°）??６０??９０??６０??９０??对碰距离，Ｓｉｍｐ／ｍｍ??－??２０??－??－??５０??－??喷嘴距离／ｍｍ
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