超高压燃油液滴破碎模型的建立与雾化机制的数值模拟研究
发布时间：2021-01-01 19:51
随着我国经济社会的快速发展,能源形势和环境问题日益严峻。尤其是最近几年空气污染及其治理问题已经受到了全社会的关注。以石化燃料为动力的内燃机,尤其是柴油机的尾气排放颗粒物被认为是大气中细颗粒物的主要来源之一。发展高效低污染的发动机成为内燃机行业目前发展的一个重要方向。高压燃油喷射雾化技术被认为是提高发动机燃烧效率、降低缸内燃烧阶段颗粒物形成的重要手段之一。目前,柴油机燃油喷射压力在不断提高,超高压燃油喷射技术将很可能应用到未来柴油机上,成为先进柴油机的特征之一。目前,人们对超高压燃油喷雾机理的认识还非常不足。超高压燃油的喷雾特性、雾化机理、试验/理论/数值模拟方法、数学建模等方面都亟待研究和理解。本文针对超高压燃油喷射雾化数值仿真研究中需要用到的液滴破碎模型展开研究。首先,对目前广泛应用在高压燃油雾化模拟中的KH-RT（Kelvin-Helmholtz Rayleigh-Taylor）液滴破碎模型的预测性能进行了分析。具体研究内容包括:（1）基于喷雾试验结果对KH-RT液滴破碎模型进行了校准。结合宏观喷雾特性与微观喷雾液滴粒径的试验结果,对模型中的关键常数进行了校准。（2）分析了校准后的...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３喷雾特性参数示意图??Ｆｉ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｒａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ??
宏观特性参数主要包括：喷雾贯穿距离、喷雾锥角。而微观特性主要指??喷雾场中的局部参数以及液滴平均粒径（包括Ｄ９０、Ｄ５０、Ｄ３２和Ｄ１０）。其中Ｄ３２??又称为索特平均粒径（Ｓａｕｔｅｒ?ｍｅａｎ?ｄｉａｍｅｔｅｒ，ＳＭＤ）（图１．３）。??一－【，＇■一乂?啗雾锥角??？．？一ｆ??———?喷？贯穿距离?—?；??图１．３喷雾特性参数示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｐｒａｙ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ??（ｉ）喷雾贯穿距离??喷雾贯穿距离定义为燃油喷雾头部液滴距离喷孔出口的距离。Ｈｉｒｏｙａｓｕ等人［１６］??通过大量基础实验，总结了高压燃油喷雾贯穿距的经验公式。Ｈｉｒｏｙａｓｕ等人通过研??宄指出高压燃油喷雾的贯穿距离发展具有典型的两阶段特征（喷雾初期为线性发??展阶段，当喷雾达到特征模型时间尺度之后便进入速度衰减的指数发展阶段）。??３??
面波增长失稳类的破碎模型。ＫＨ－ＲＴ模型在ＷＡＶＥ模型基础上整合了?ＲＴ失稳机??制。ＲＴ失稳机制是存在密度差的液体存在沿密度差法线的减速运动而引起的流动??失稳现象（图１．６）。??ＫＨ剪切不稳定???ｆ：；＇：：７?Ｉ?Ｕ?ｒｌ??Ｌ??图１．６?ＫＨ－ＲＴ模型的基本思路??Ｆｉｇ．?１．６?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＫＨ－ＲＴ?ｍｏｄｅｌ??ＲＴ最不稳定表面波长［７７］八＃和ＣＶ分别为：??？（１．６）??恩尝］?（Ｌ７）??液滴运动的加速度根据球体运动阻力模型求解－？??－?＝?（１．８）??８?ｐ，ｒ??ＲＴ破碎的特征时间和液滴半径分别为：??ｒＲＴ＝－＾￣?（１．９）??ｒＲＴ?＝?＼ｃ３ＡＲＴ?（Ｌ１〇）??２００８?年，Ｃｈａｌｍｅｒｓ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，?Ｆｅｎｇ?Ｔａｏ，?Ｐａｒ?Ｂｅｒｇｓｔｒａｎｄ＿［７８］米用??ＫＨ－ＲＴ模型和ＰａＳＲ湍流燃烧模型对超高压喷雾燃烧过程进行了仿真研究。??己有的众多研究表明，ＫＨ－ＲＴ破碎模型在预测高压燃油雾化问题是具有较好??＇的精度（图１．７和图１．８）。模型对不同喷雾环境的适应能力较强［７９］＿［８１］。Ｓ．?Ｓｏｍ，??Ｓ．Ｋ．?Ａｇｇａｒｗａｌ等人［８２］在ＫＨ－ＲＴ模型的基础上考虑了喷孔内流和脉动的影响提出??了修改模型，以更好的适应高压燃油喷射的影响。??則跳?１（１??４１?Ｈｊ?＝?ｒ，：??■Ｊ：；：國?ｌ?：??？?圖?ｊ４；??ｔ?＼?？丨
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LES-WAVE模型的燃油喷射雾化数值模拟[J]. 王黎辉,杜雨辰,晏飞,张建,刘博,刘辰朋. 机械工程与自动化. 2017(02)
[2]超声速气流中液体横向射流雾化破碎模型改进[J]. 杨东超,朱卫兵,孙永超,陈宏. 推进技术. 2017(02)
[3]超高压燃油喷雾特性及诱导激波传播特性的试验研究[J]. 贾涛鸣,虞育松,李国岫. 工程热物理学报. 2016(10)
[4]耦合喷嘴内流欧拉-拉格朗日喷雾模型研究[J]. 何志霞,张亮,王谦,王芬. 内燃机工程. 2016(01)
[5]高压喷射对直喷柴油机喷雾及燃烧特性影响规律的仿真研究[J]. 侯玉晶,林学东,李德刚. 内燃机工程. 2016(04)
[6]亚网格湍动能及湍流弥散效应对燃油喷雾特性的影响[J]. 周磊,解茂昭,贾明,史俊瑞. 燃烧科学与技术. 2011(01)
[7]利用PLIEF技术研究超高压燃油喷雾雾化和混合过程[J]. 郭红松,苏万华,孙田. 燃烧科学与技术. 2007(06)
博士论文
[1]喷嘴内燃油流动及其喷射雾化特性研究[D]. 姜光军.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]柴油机喷嘴内空穴流动瞬态特性及对喷雾影响的可视化研究[D]. 张正洋.江苏大学 2017
[2]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
本文编号：2951891
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３喷雾特性参数示意图??Ｆｉ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｒａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ??
宏观特性参数主要包括：喷雾贯穿距离、喷雾锥角。而微观特性主要指??喷雾场中的局部参数以及液滴平均粒径（包括Ｄ９０、Ｄ５０、Ｄ３２和Ｄ１０）。其中Ｄ３２??又称为索特平均粒径（Ｓａｕｔｅｒ?ｍｅａｎ?ｄｉａｍｅｔｅｒ，ＳＭＤ）（图１．３）。??一－【，＇■一乂?啗雾锥角??？．？一ｆ??———?喷？贯穿距离?—?；??图１．３喷雾特性参数示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｐｒａｙ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ??（ｉ）喷雾贯穿距离??喷雾贯穿距离定义为燃油喷雾头部液滴距离喷孔出口的距离。Ｈｉｒｏｙａｓｕ等人［１６］??通过大量基础实验，总结了高压燃油喷雾贯穿距的经验公式。Ｈｉｒｏｙａｓｕ等人通过研??宄指出高压燃油喷雾的贯穿距离发展具有典型的两阶段特征（喷雾初期为线性发??展阶段，当喷雾达到特征模型时间尺度之后便进入速度衰减的指数发展阶段）。??３??
面波增长失稳类的破碎模型。ＫＨ－ＲＴ模型在ＷＡＶＥ模型基础上整合了?ＲＴ失稳机??制。ＲＴ失稳机制是存在密度差的液体存在沿密度差法线的减速运动而引起的流动??失稳现象（图１．６）。??ＫＨ剪切不稳定???ｆ：；＇：：７?Ｉ?Ｕ?ｒｌ??Ｌ??图１．６?ＫＨ－ＲＴ模型的基本思路??Ｆｉｇ．?１．６?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＫＨ－ＲＴ?ｍｏｄｅｌ??ＲＴ最不稳定表面波长［７７］八＃和ＣＶ分别为：??？（１．６）??恩尝］?（Ｌ７）??液滴运动的加速度根据球体运动阻力模型求解－？??－?＝?（１．８）??８?ｐ，ｒ??ＲＴ破碎的特征时间和液滴半径分别为：??ｒＲＴ＝－＾￣?（１．９）??ｒＲＴ?＝?＼ｃ３ＡＲＴ?（Ｌ１〇）??２００８?年，Ｃｈａｌｍｅｒｓ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，?Ｆｅｎｇ?Ｔａｏ，?Ｐａｒ?Ｂｅｒｇｓｔｒａｎｄ＿［７８］米用??ＫＨ－ＲＴ模型和ＰａＳＲ湍流燃烧模型对超高压喷雾燃烧过程进行了仿真研究。??己有的众多研究表明，ＫＨ－ＲＴ破碎模型在预测高压燃油雾化问题是具有较好??＇的精度（图１．７和图１．８）。模型对不同喷雾环境的适应能力较强［７９］＿［８１］。Ｓ．?Ｓｏｍ，??Ｓ．Ｋ．?Ａｇｇａｒｗａｌ等人［８２］在ＫＨ－ＲＴ模型的基础上考虑了喷孔内流和脉动的影响提出??了修改模型，以更好的适应高压燃油喷射的影响。??則跳?１（１??４１?Ｈｊ?＝?ｒ，：??■Ｊ：；：國?ｌ?：??？?圖?ｊ４；??ｔ?＼?？丨
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LES-WAVE模型的燃油喷射雾化数值模拟[J]. 王黎辉,杜雨辰,晏飞,张建,刘博,刘辰朋. 机械工程与自动化. 2017(02)
[2]超声速气流中液体横向射流雾化破碎模型改进[J]. 杨东超,朱卫兵,孙永超,陈宏. 推进技术. 2017(02)
[3]超高压燃油喷雾特性及诱导激波传播特性的试验研究[J]. 贾涛鸣,虞育松,李国岫. 工程热物理学报. 2016(10)
[4]耦合喷嘴内流欧拉-拉格朗日喷雾模型研究[J]. 何志霞,张亮,王谦,王芬. 内燃机工程. 2016(01)
[5]高压喷射对直喷柴油机喷雾及燃烧特性影响规律的仿真研究[J]. 侯玉晶,林学东,李德刚. 内燃机工程. 2016(04)
[6]亚网格湍动能及湍流弥散效应对燃油喷雾特性的影响[J]. 周磊,解茂昭,贾明,史俊瑞. 燃烧科学与技术. 2011(01)
[7]利用PLIEF技术研究超高压燃油喷雾雾化和混合过程[J]. 郭红松,苏万华,孙田. 燃烧科学与技术. 2007(06)
博士论文
[1]喷嘴内燃油流动及其喷射雾化特性研究[D]. 姜光军.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]柴油机喷嘴内空穴流动瞬态特性及对喷雾影响的可视化研究[D]. 张正洋.江苏大学 2017
[2]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
本文编号：2951891
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