亞臨界-超臨界燃油噴霧特性及空化的數(shù)值研究.pdf

1、在直噴式內(nèi)燃機(jī)中，燃油的霧化對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的效率和排放物有著重要影響。本文以內(nèi)燃機(jī)為工程背景，對(duì)亞臨界/跨臨界下噴霧和噴嘴內(nèi)部的流動(dòng)及空化現(xiàn)象做了數(shù)值模擬，研究亞/超臨界環(huán)境下噴霧的機(jī)理及高噴射壓力下空化現(xiàn)象對(duì)于霧化的影響。
　　基于有限體積方法的開源軟件 OpenFOAM被用于計(jì)算和求解守恒方程。商業(yè)軟件ICEM生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，提高數(shù)值模擬的效率。大渦模型用于噴霧和空化現(xiàn)象湍流模擬，使用VOF方法捕捉燃油和氣體之間的運(yùn)動(dòng)界面。在超臨

2、界環(huán)境中，液相使用P-R狀態(tài)方程，氣相應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程，通過多項(xiàng)式擬合物性參數(shù)。通過后處理軟件paraView得到十二烷體積分?jǐn)?shù)、溫度、速度、湍動(dòng)能、燃油等值面、等值線分布圖。
　　通過本文研究得出以下結(jié)論：（1）在亞臨界環(huán)境下，在射流的初始階段，射流形狀為圓柱體；在分裂階段，射流表面在擾動(dòng)波、表面張力和湍流的作用下，燃油從表面剝離，形成纖絲，最后分裂為更小液滴。大渦湍流模型可以準(zhǔn)確的模擬噴霧的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)；（2）在超臨界環(huán)境下

3、，燃油以較高速度噴射到燃燒室內(nèi)，射流表面溫度逐漸升高，燃油體積分?jǐn)?shù)逐漸減小。在高溫環(huán)境下，燃油射流半徑增大，在徑向方向存在較大的溫度梯度和密度梯度。徑向方向的密度梯度和溫度梯度說明氣液兩相混合層的存在；射流結(jié)構(gòu)是由液核、氣液兩相混合層、高溫氣體組成。射流表面呈現(xiàn)出褶皺狀，與周圍流體分隔開，亞臨界噴霧的表面呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)。在超臨界環(huán)境下，高背壓下噴霧的貫穿距小于低背壓情況。（3）在開源軟件 OpenFOAM中，基于不可壓縮兩相流相變求解器和