本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)噴油器噴孔內(nèi)空穴流動的可視化試驗研究與數(shù)值模擬分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著世界范圍內(nèi)對保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的日益重視,對能耗低、排放少的柴油機(jī)的要求也日益迫切。在柴油機(jī)中,燃油的噴射、霧化性能對于發(fā)動機(jī)的燃燒和排放具有關(guān)鍵作用。鑒于此,國內(nèi)外學(xué)者對該領(lǐng)域的研究十分關(guān)注,并對燃油噴射霧化機(jī)理進(jìn)行了深入研究。經(jīng)過學(xué)者們長期不懈地努力,人們逐漸認(rèn)識到液體噴霧霧化是多種因素綜合作用的結(jié)果,空氣動力、噴孔內(nèi)的空穴現(xiàn)象和湍流擾動是三個基本原因。目前只有在空氣動力不穩(wěn)定性的研究上比較成熟,因此進(jìn)一步研究噴孔內(nèi)部空穴流動現(xiàn)象是非常必要的。 本文全面系統(tǒng)地分析了燃油噴射系統(tǒng)數(shù)值模擬的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢,建立了噴孔內(nèi)部空穴流動的數(shù)學(xué)模型,對噴油嘴噴孔內(nèi)空穴流動進(jìn)行了變參數(shù)與變介質(zhì)數(shù)值模擬分析,闡明了噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與不同介質(zhì)對流動所產(chǎn)生的影響。分析了二維噴孔的進(jìn)出口壓力差、不同長徑比對其空化現(xiàn)象的影響；模擬分析了孔內(nèi)不同流動狀態(tài)對應(yīng)的噴霧流場,分析了空穴現(xiàn)象對噴霧的影響規(guī)律；應(yīng)用三維CFD軟件對純大豆生物柴油與常規(guī)柴油在噴油嘴噴孔內(nèi)部的流動進(jìn)行了數(shù)值仿真,計算結(jié)果表明：相比常規(guī)柴油而言,相同壓力條件下,由于生物柴油密度較大,導(dǎo)致質(zhì)量流量比常規(guī)柴油高；并且由于其較大的黏度使臨界空穴條件更嚴(yán)格,因此相同壓力條件下空穴強(qiáng)度低于常規(guī)柴油；同時生物柴油的噴孔出口動量與有效噴射速度也較小,而兩者的流量系數(shù)與面積系數(shù)分別相差不大。 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,對計算結(jié)果進(jìn)行試驗驗證,提出運用X射線成像技術(shù)可視化研究比例放大噴孔的內(nèi)部流動,利用上海光源相關(guān)光學(xué)設(shè)備設(shè)計并搭建了比例放大透明噴嘴內(nèi)空穴流動可視化試驗臺,開展了試驗研究噴孔內(nèi)部的空穴流動,也為后期可以在真實接近噴油嘴的外部邊界條件,不改變噴油嘴結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行中子成像可視化分析研究打好基礎(chǔ),將能得到真實工作條件時的噴油嘴噴孔內(nèi)空穴流動圖像,因此對于深入研究噴孔內(nèi)空穴流動機(jī)理將有望取得很大的突破。 通過可視化試驗結(jié)果得到孔內(nèi)流動可劃分為三種時期,分別為無空穴期、空穴發(fā)展期與挑流期；并且通過孔外拍攝圖像得到空穴流能夠增大孔外的噴霧錐角。當(dāng)進(jìn)口壓力小于0.22MPa、空穴數(shù)大于1.82時,噴孔內(nèi)只有湍流運動,無空穴出現(xiàn)；而當(dāng)進(jìn)口壓力介于0.22MPa至0.4MPa、空穴數(shù)介于1.33至1.82之間時,空穴產(chǎn)生并且逐漸向噴孔出口處延伸；當(dāng)進(jìn)口壓力高于0.4MPa、空穴數(shù)低于1.33時,孔內(nèi)流動狀態(tài)進(jìn)入挑流期；因此當(dāng)噴壓增大時,孔內(nèi)流動狀態(tài)由無空穴流進(jìn)入到空穴流,并且噴霧錐角逐漸增大,達(dá)到超空穴時的噴霧錐角最大；隨著噴壓進(jìn)一步增大,由于進(jìn)入到挑流,噴霧錐角會減小。 本文的特色在于： 1.設(shè)計了一種新型可視化二維噴孔對噴油嘴噴孔內(nèi)部空穴流動狀態(tài)進(jìn)行研究； 2.使用軟件Fluent對噴油嘴噴孔內(nèi)部燃油的空穴流動及孔外噴霧進(jìn)行了數(shù)值分析,包括對計算模型的網(wǎng)格獨立性驗證以及對進(jìn)出口壓力邊界條件的確定。 3.搭建噴油嘴噴孔內(nèi)部及孔外近場噴霧高速攝影可視化試驗裝置,利用X射線相稱成像技術(shù),針對比例放大噴油嘴在不同進(jìn)口壓力、不同長徑比時的內(nèi)部流動狀態(tài)以及孔外噴霧形態(tài)進(jìn)行分析研究；同時結(jié)合計算模型進(jìn)行對比驗證,證實本文所采用的數(shù)值模擬的可行性。 4.在上述基礎(chǔ)上,建立真實噴孔計算模型,對比分析了生物柴油與常規(guī)柴油在噴孔內(nèi)部流動以及噴射過程的區(qū)別,探討了生物柴油對缸內(nèi)空氣-燃油混合過程的影響。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 噴油嘴 孔內(nèi)流動 空穴 X射線相襯成像 噴霧霧化 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目錄9-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 空穴現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理13-14
• 1.2 空穴現(xiàn)象的試驗及數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文主要的研究工作16-18
• 第二章 流體力學(xué)相似原理和放大尺寸可視化噴油嘴設(shè)計18-29
• 2.1 噴孔內(nèi)流動狀態(tài)分析18-22
• 2.2 流體動力學(xué)中的相似性22-26
• 2.2.1 流體力學(xué)相似條件22-23
• 2.2.2 相似判據(jù)23-24
• 2.2.3 決定性相似準(zhǔn)數(shù)24-26
• 2.3 可視化噴油嘴的設(shè)計26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 噴油器噴孔內(nèi)部空穴流動的控制方程與數(shù)學(xué)模型29-37
• 3.1 基本方程29-30
• 3.2 湍流模型30-31
• 3.3 混合多相流空穴模型31-33
• 3.4 柴油機(jī)噴孔內(nèi)空穴模擬計算的數(shù)學(xué)建模33-35
• 3.5 數(shù)值計算方法35
• 3.6 本章小結(jié)35-37
• 第四章 基于Fluent軟件的噴油嘴噴孔內(nèi)部網(wǎng)格驗證與計算的實施37-47
• 4.1 空穴流數(shù)值模擬的主要步驟37
• 4.2 幾何模型與網(wǎng)格劃分37-40
• 4.2.1 二維噴嘴的幾何模型37-38
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分38-40
• 4.3 網(wǎng)格獨立性的驗證40-41
• 4.4 二維噴孔流動計算中各參數(shù)設(shè)置41-46
• 4.4.1 常規(guī)柴油物性參數(shù)41
• 4.4.2 網(wǎng)格單元的選擇41-42
• 4.4.3 邊界條件的確定42
• 4.4.4 求解器的選擇及其運行環(huán)境的確定42-43
• 4.4.5 建立計算模型43
• 4.4.6 選擇工質(zhì)43
• 4.4.7 確定主相與副相43-44
• 4.4.8 求解過程控制參數(shù)的設(shè)定44-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第五章 數(shù)值模擬計算結(jié)果與試驗驗證分析47-72
• 5.1 進(jìn)出口壓力邊界的確定47-56
• 5.1.1 迭代方法與思路47-48
• 5.1.2 求解過程48-56
• 5.2 噴孔進(jìn)出口壓力差對空穴現(xiàn)象的影響56-58
• 5.3 噴孔長徑比對空化現(xiàn)象的影響58-60
• 5.3.1 噴孔寬度對空化現(xiàn)象的影響58-59
• 5.3.2 噴孔長度對孔內(nèi)空穴流動的影響59-60
• 5.4 帶有空穴模型噴霧的數(shù)值模擬60-62
• 5.5 可視化試驗研究思路與目標(biāo)62-63
• 5.6 可視化試驗臺架的搭建63-66
• 5.6.1 光學(xué)及高速攝影系統(tǒng)介紹64-65
• 5.6.2 試驗原理65-66
• 5.6.3 試驗裝置的特點66
• 5.7 噴油嘴內(nèi)空穴流動及噴霧霧化可視化試驗分析66-70
• 5.7.1 改變進(jìn)口壓力時噴油嘴噴孔內(nèi)部空穴流可視化試驗分析67-69
• 5.7.2 不同進(jìn)口壓力下孔外噴霧霧化可視化試驗分析69-70
• 5.8 本章小結(jié)70-72
• 第六章 真實噴油嘴噴孔內(nèi)部生物柴油流動的仿真研究72-79
• 6.1 燃油的理化特性72-73
• 6.2 物理模型與網(wǎng)格劃分73
• 6.3 數(shù)學(xué)模型與邊界條件的設(shè)置73-74
• 6.4 網(wǎng)格獨立性驗證74
• 6.5 計算結(jié)果及分析74-78
• 6.5.1 質(zhì)量流量與空穴分布圖74-75
• 6.5.2 動量與有效噴射速度75-76
• 6.5.3 流動系數(shù)76-77
• 6.5.4 油氣混合過程77-78
• 6.6 本章小結(jié)78-79
• 第七章 全文總結(jié)與展望79-82
• 7.1 全文總結(jié)79-80
• 7.2 工作展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 致謝87-88
• 附錄88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文88

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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1 汪翔;柴油噴嘴中的不穩(wěn)定空化過程及其影響射流霧化的基礎(chǔ)研究[D];天津大學(xué);2010年

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本文編號：359339