喷油系统参数对生物柴油喷嘴内流动及喷雾特性影响的数值模拟研究

发布时间：2022-07-02 17:24

　　生物柴油作为一种绿色、环保、可再生能源,研发和大力推广生物柴油的应用,可以有效缓解日益严重的能源危机及减少环境污染。但其密度大、粘度高、表面张力大,导致雾化质量较差,不能充分发挥其优势。本文采用数值模拟的方法,研究喷射压力、背压、长径比及燃油温度对生物柴油喷雾特性的影响,并以试验结果验证喷孔内空穴流动模型和喷雾模型的准确性。首先采用动态层网格更新技术实现针阀运动规律,模拟喷孔内部瞬态流动,并将模拟得到喷孔出口处参数耦合到喷雾场中,研究喷射压力、背压、长径比及燃油温度对喷雾特性的影响,为改善生物柴油雾化质量提供理论指导。喷孔内部瞬态流动数值计算结果表明:从针阀开启到关闭过程中,喷孔内气相体积分数迅速增大,随后趋于稳定,但当针阀关闭瞬间会突然增大;喷孔出口处平均速度及平均湍动能先逐渐增大,之后趋于稳定,在针阀关闭瞬间会有所下降;增大喷射压力、减小背压、升高燃油温度、减小长径比可促进空穴现象的产生,并且可以增大喷孔出口处平均速度及平均湍动能,有利于燃料的初级雾化。从喷雾特性数值计算结果来看,生物柴油宏观及微观喷雾特性参数随时间变化的规律为:贯穿距离先快速增大,之后增速减缓;索特平均直径逐渐减... 

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 生物柴油概述
        1.2.1 生物柴油的发展
        1.2.2 生物柴油的原料及制备方法
        1.2.3 生物柴油的特点
    1.3 生物柴油喷雾特性研究现状
        1.3.1 生物柴油喷雾特性国外研究现状
        1.3.2 生物柴油喷雾特性国内研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第二章 数值模拟控制方程及物理模型
    2.1 计算流体力学简介
    2.2 基本控制方程
        2.2.1 连续性方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
        2.2.4 组分方程
    2.3 湍流模型
    2.4 混合多相空穴模型
    2.5 喷雾计算模型
        2.5.1 液滴破碎模型
        2.5.2 液滴碰撞模型
        2.5.3 液滴湍流扩散模型
        2.5.4 动态曳力模型
    2.6 本章小结
第三章 物理模型验证
    3.1 喷孔内空穴流动模型验证
        3.1.1 空穴流动试验介绍
        3.1.2 几何模型
        3.1.3 物性参数及边界条件
        3.1.4 物理模型选择及验证
    3.2 喷雾模型验证
        3.2.1 喷雾试验介绍
        3.2.2 喷雾试验数据处理
        3.2.3 几何模型及网格划分
        3.2.4 物性参数及边界条件
        3.2.5 物理模型选择及验证
    3.3 本章小结
第四章 针阀运动对喷孔内部瞬态空穴流动影响
    4.1 动网格介绍
    4.2 喷嘴几何模型建立及网格划分
        4.2.1 喷嘴的几何模型
        4.2.2 喷嘴的网格划分
    4.3 参数设置
        4.3.1 物性参数及边界条件
        4.3.2 软件设置
    4.4 针阀最大升程对空穴流动影响
        4.4.1 针阀运动规律
        4.4.2 数值模拟结果分析
    4.5 本章小结
第五章 喷油系统参数对喷孔内部流动的影响
    5.1 喷射压力对喷孔内部流动影响
        5.1.1 空穴分布
        5.1.2 速度分布
        5.1.3 湍动能分布
    5.2 背压对喷孔内部流动影响
        5.2.1 空穴分布
        5.2.2 速度分布
        5.2.3 湍动能分布
    5.3 长径比对喷孔内部流动影响
        5.3.1 空穴分布
        5.3.2 速度分布
        5.3.3 湍动能分布
    5.4 燃油温度对喷孔内部流动影响
        5.4.1 空穴分布
        5.4.2 速度分布
        5.4.3 湍动能分布
    5.5 本章小结
第六章 喷油系统参数对生物柴油喷雾特性的影响
    6.1 喷雾场几何模型建立及网格划分
    6.2 参数设置
    6.3 喷射压力对喷雾特性的影响
        6.3.1 贯穿距离对比分析
        6.3.2 索特平均直径对比分析
        6.3.3 速度分布
        6.3.4 浓度分布
        6.3.5 湍动能分布
    6.4 背压对喷雾特性的影响
        6.4.1 贯穿距离对比分析
        6.4.2 索特平均直径对比分析
        6.4.3 速度分布
        6.4.4 浓度分布
        6.4.5 湍动能分布
    6.5 长径比对喷雾特性的影响
        6.5.1 贯穿距离对比分析
        6.5.2 索特平均直径对比分析
        6.5.3 速度分布
        6.5.4 浓度分布
        6.5.5 湍动能分布
    6.6 燃油温度对喷雾特性的影响
        6.6.1 贯穿距离对比分析
        6.6.2 索特平均直径对比分析
        6.6.3 速度分布
        6.6.4 浓度分布
        6.6.5 湍动能分布
    6.7 本章小结
全文总结及展望
    全文总结
    工作展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质混合燃料在柴油机喷嘴内流动特性模拟[J]. 耿莉敏,王城,魏有涛,李琪.  农业工程学报. 2017(21)
[2]喷孔内空穴流动与孔外喷雾形态的可视化试验研究[J]. 董卫涛,何闯,高永强,魏明锐,颜伏伍.  中国科技论文. 2016(23)
[3]柴油与生物柴油不同长径比喷嘴内空穴流动的试验[J]. 邵壮,何志霞,钟汶君,陈驭航,陶希成.  内燃机学报. 2014(04)
[4]基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟[J]. 翟之平,杨忠义,高博,李健啸.  农业工程学报. 2013(22)
[5]喷油温度对生物柴油雾化特性的影响研究[J]. 石复习,陈军.  农业机械学报. 2013(07)
[6]针阀运动对柴油机喷嘴瞬态流动特性的影响[J]. 何志霞,钟汶君,黄云龙,王谦.  内燃机学报. 2012(04)
[7]柴油机喷嘴空穴流动特性分析[J]. 王谦,柏金,何志霞,穆青木.  车用发动机. 2010(03)
[8]生物柴油/柴油混合燃料喷雾特性[J]. 耿莉敏,曹建明,王磊,庄严,边耀璋.  长安大学学报(自然科学版). 2009(03)

博士论文
[1]二代生物柴油喷雾燃烧特性和碳烟生成过程可视化研究[D]. 钟汶君.江苏大学 2016
[2]生物柴油燃料喷雾、燃烧及碳烟生成过程可视化研究[D]. 刘宇.吉林大学 2011
[3]生物柴油喷雾特性与NOx排放控制的研究[D]. 叶丽华.江苏大学 2011
[4]生物柴油/柴油混合燃料的理化性能分析与喷雾特性改善[D]. 耿莉敏.长安大学 2009

硕士论文
[1]沙粒粒径与含量对空化特性影响的研究[D]. 韩向东.兰州理工大学 2017
[2]背压对柴油/生物柴油喷雾特性影响的实验研究[D]. 徐威.长安大学 2016
[3]喷油参数对生物柴油发动机排放特性的影响[D]. 邱硕.大连理工大学 2015
[4]混合燃料喷雾燃烧特性的实验及数值模拟研究[D]. 张旭.华中科技大学 2015
[5]基于FLUENT的柴油机喷雾特性的数值模拟与影响因素的分析研究[D]. 李启慧.长安大学 2015
[6]基于CFD的甲醇合成中气液分离的模拟与优化研究[D]. 刘生.郑州大学 2015
[7]丁醇/柴油混合燃料的喷雾模拟研究[D]. 花阳.河南科技大学 2015
[8]生物柴油—柴油混合燃料在发动机上的应用研究[D]. 杜玉浩.华北理工大学 2015
[9]耦合喷嘴内流的高压燃油喷雾过程数值模拟研究[D]. 肖迪.北京交通大学 2014
[10]柴油机喷油器喷孔内空穴流动的可视化试验研究与数值模拟分析[D]. 马志炎.浙江大学 2013



本文编号：3654770