本文關(guān)鍵詞：噴嘴內(nèi)云空化及其對近場噴霧影響的大渦模擬和試驗研究

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【摘要】：新一代內(nèi)燃機在高壓噴射小噴孔直徑條件下,噴嘴內(nèi)部所存在的空化流動現(xiàn)象對隨后的噴霧混合、燃燒,乃至排放性能都有重要的影響,特別是空化流動過程中所呈現(xiàn)的不同形態(tài)(如片空化、云空化、漩渦空化等)及其發(fā)展對燃油噴射過程的精細控制將有直接影響,進而影響到內(nèi)燃機發(fā)展到今天性能的進一步提升。其中的云空化現(xiàn)象伴隨著脫落所誘發(fā)的流場脈動與湍流之間存在復雜相互作用,并對近場噴霧有很大的影響,而對其在噴嘴內(nèi)部的細致研究尚未開展。本文針對內(nèi)燃機噴油器噴嘴孔中可能出現(xiàn)的這種云空化及其脫落現(xiàn)象,搭建燃油噴射循環(huán)流動試驗臺,設(shè)計透明方孔截面噴嘴開展PIV及高速成像可視化實驗,重點采用LES(Large Eddy Simulation)數(shù)值模擬方法來研究噴嘴內(nèi)云空化流動瞬態(tài)發(fā)展特性及其對近場噴霧的影響特性。對該噴嘴準周期性云空化脫落和回射流現(xiàn)象的研究結(jié)果表明,流體在噴嘴入口銳邊拐角處產(chǎn)生流動分離,在該回流區(qū)產(chǎn)生空化,隨后流體的再附著和空化泡的潰滅相結(jié)合產(chǎn)生回射流,使片空化脫落形成云空化。此外,云空化的脫落同時伴隨著渦脫落,通過試驗過程中噴孔內(nèi)空化長度震蕩的圖片處理,得出云空化脫落的頻率為2600Hz,且隨著壓力上升,云空化大規(guī)模脫落的頻率會下降。LES大渦模擬得出了與試驗基本一致的云空化脫落頻率,而對云空化瞬態(tài)脫落過程模擬結(jié)果和試驗結(jié)果的一致性再次驗證了數(shù)值模擬方法和模型的可靠性。LES大渦模擬很好地預測了噴嘴內(nèi)空化初生、回射流和云空化脫落現(xiàn)象,揭示了云空化脫落機理,空化強化湍流機理及空化自身脫落所引起的噴孔內(nèi)速度及壓力的波動特性。隨后,基于上述的LES數(shù)值計算模型,針對內(nèi)燃機實際噴嘴開展了噴射初期和穩(wěn)定情況下內(nèi)流耦合近場的噴霧破碎霧化過程三維數(shù)值模擬。模擬結(jié)果給出了噴嘴壓力室?guī)堄鄽馀輹r的整個燃油噴射過程,對比研究發(fā)現(xiàn),相比于不帶殘余氣泡的燃油噴射過程,壓力室中的殘余氣泡使得在噴射初期形成雙“蘑菇”結(jié)構(gòu)的油束尖端。結(jié)合噴嘴內(nèi)空化流動的分析,在核實了近噴嘴區(qū)存在完整未擾射流液柱,且其隨著噴射壓力上升而長度縮短的結(jié)論基礎(chǔ)上,進一步揭示了射流表面波的形成和液絲的形成機理。模擬結(jié)果也清楚呈現(xiàn)了空氣倒吸進入噴嘴的現(xiàn)象,為實際發(fā)動機噴嘴內(nèi)可能會產(chǎn)生水力柱塞流現(xiàn)象提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：噴嘴 云空化脫落 近場噴霧 LES大渦模擬 可視化試驗
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 選題背景及課題研究意義11-13
• 1.2 噴嘴內(nèi)流動形態(tài)13-14
• 1.3 云空化的形成14-16
• 1.4 噴嘴內(nèi)空化流動及近場噴霧的試驗研究現(xiàn)狀16-19
• 1.5 噴嘴內(nèi)空化兩相流數(shù)值計算模型19-20
• 1.6 噴嘴內(nèi)空化流動及近場噴霧的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀20-23
• 1.7 本文主要內(nèi)容23-24
• 第二章 噴嘴內(nèi)云空化瞬態(tài)流動可視化試驗24-38
• 2.1 流體動力學的相似性24-25
• 2.2 燃油噴射循環(huán)流動噴嘴內(nèi)流試驗臺及工作原理25-28
• 2.3 可視化模型噴嘴28-29
• 2.4 試驗結(jié)果及分析29-36
• 2.4.1 試驗拍攝圖片說明29
• 2.4.2 不同壓力下噴嘴內(nèi)空化流動可視化試驗29-31
• 2.4.3 噴嘴內(nèi)空化初生階段和回射流31-32
• 2.4.4 噴嘴內(nèi)空化發(fā)展階段云空化脫落32-35
• 2.4.5 噴嘴內(nèi)速度場的PIV測試35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第三章 噴嘴內(nèi)空化兩相流動大渦模擬的數(shù)學模型38-46
• 3.1 多相流模型38-39
• 3.2 空化模型39-40
• 3.3 湍流模型40-42
• 3.4 網(wǎng)格劃分和計算方法42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第四章 噴嘴內(nèi)云空化瞬態(tài)流動的大渦模擬46-61
• 4.1 空化初生階段模擬46-47
• 4.2 云空化演化周期特性的大渦模擬分析47-49
• 4.3 噴嘴內(nèi)云空化流動的流場分析49-53
• 4.4 噴嘴內(nèi)云空化流動與大尺度渦脫落的分析53-56
• 4.5 噴嘴內(nèi)云空化脫落對壓力脈動的影響及其頻率分析56-59
• 4.6 本章小結(jié)59-61
• 第五章 柴油機噴嘴內(nèi)空化流動及近場噴霧破碎的大渦模擬61-72
• 5.1 計算模型和邊界條件61-62
• 5.2 噴射初期噴嘴內(nèi)空化流動和噴霧破碎的數(shù)值模擬62-67
• 5.2.1 不帶殘余氣泡的燃油噴射過程數(shù)值模擬62-64
• 5.2.2 帶殘余氣泡的燃油噴射過程數(shù)值模擬64-67
• 5.3 噴嘴近場噴霧穩(wěn)定狀況下的霧化特性分析67-71
• 5.3.1 燃油射流未擾液核67-69
• 5.3.2 射流表面波及液絲的形成69-70
• 5.3.3 空氣倒吸入噴嘴內(nèi)現(xiàn)象70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 全文總結(jié)與展望72-74
• 6.1 全文總結(jié)72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 參考文獻74-79
• 致謝79-80
• 在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及其他科研成果80

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1 潘森森;空化核與空化起始[J];中國造船;1989年03期

2 吳建華;柴恭純;;垂直匯流漩渦空化的聲測研究[J];水利水運科學研究;1989年03期

3 賀成龍;吳建華;劉文莉;;空化應(yīng)用研究進展綜述[J];嘉興學院學報;2008年03期

4 張瑤;羅先武;許洪元;吳玉林;;熱力學空化模型的改進及數(shù)值應(yīng)用[J];工程熱物理學報;2010年10期

5 黃彪;王國玉;張博;時素果;;空化模型在非定�？栈鲃佑嬎愕膽�(yīng)用評價與分析[J];船舶力學;2011年11期

6 劉厚林;劉東喜;王勇;吳賢芳;莊宿國;;三種空化模型在離心泵空化流計算中的應(yīng)用評價[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2012年16期

7 肖天鐸;深水緩坡突體和升臺的初生空化數(shù)顯解式[J];水利學報;1985年08期

8 夏維洪,孫景琴,賈春英;減壓模型的初生空化相似律[J];水利學報;1985年09期

9 J.W.霍爾;M.L.比勒特;M.塔達;D.R.斯廷布林;胡明龍;;壓力梯度對表面孤立突體消失空化的影響[J];河海大學科技情報;1988年02期

10 彭曉星,王力,潘森森;水中空氣含量對旋渦空化的影響[J];水動力學研究與進展;1989年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張偉;張瑞平;陳建業(yè);熊煒;張小斌;邱利民;;基于動態(tài)空化模型繞數(shù)值研究扭曲三維翼型的非穩(wěn)態(tài)空化過程[A];第二十五屆全國水動力學研討會暨第十二屆全國水動力學學術(shù)會議文集（下冊）[C];2013年

2 彭曉星;洪方文;;25~(th)ITTC空化專家委員會報告綜述[A];2008年船舶水動力學學術(shù)會議暨中國船舶學術(shù)界進入ITTC30周年紀念會論文集[C];2008年

3 曹彥濤;彭曉星;徐良浩;;繞三維扭曲水翼云空化演化數(shù)值模擬[A];第十三屆全國水動力學學術(shù)會議暨第二十六屆全國水動力學研討會論文集——F船舶與海洋工程流體力學[C];2014年

4 洪方文;褚學森;彭曉星;顏開;劉登成;陳瑋琪;;中國船舶科學研究中心近期空化流動研究進展[A];第十一屆全國水動力學學術(shù)會議暨第二十四屆全國水動力學研討會并周培源誕辰110周年紀念大會文集（上冊）[C];2012年

5 易燦;李根生;張定國;;圍壓下噴嘴空化起始能力的實驗研究[A];第十八屆全國水動力學研討會文集[C];2004年

6 楊慶;張建民;戴光清;李鵬;;高速突擴流空化初生及比尺效應(yīng)試驗研究[A];第二十一屆全國水動力學研討會暨第八屆全國水動力學學術(shù)會議暨兩岸船舶與海洋工程水動力學研討會文集[C];2008年

7 彭曉星;;發(fā)展空化及其不穩(wěn)定現(xiàn)象研究[A];第二十五屆全國水動力學研討會暨第十二屆全國水動力學學術(shù)會議文集（上冊）[C];2013年

8 陳笑然;閻兆立;陳杰;程曉斌;李曉東;;水泵空化的超聲主動探測方法[A];泛在信息社會中的聲學——中國聲學學會2010年全國會員代表大會暨學術(shù)會議論文集[C];2010年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王健;水力裝置空化空蝕數(shù)值計算與試驗研究[D];江蘇大學;2015年

2 趙宇;葉頂間隙旋渦空化數(shù)值計算模型與流動機理研究[D];北京理工大學;2016年

3 陳廣豪;附著型非定�？栈黧w動力特性與機理研究[D];北京理工大學;2016年

4 楊慶;空化初生機理及比尺效應(yīng)研究[D];四川大學;2005年

5 王柏秋;水下高速航行體非定�？栈鲌鰯�(shù)值計算[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

6 李曉俊;離心泵葉片前緣空化非定常流動機理及動力學特性研究[D];江蘇大學;2013年

7 楊靜;混流式水輪機尾水管空化流場研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2013年

8 郭關(guān)柱;強剪切流變儀的研制及剪切空化的實驗研究[D];浙江大學;2008年

9 王勇;離心泵空化及其誘導振動噪聲研究[D];江蘇大學;2011年

10 杜學文;液壓閥口空化機理及對系統(tǒng)的影響[D];浙江大學;2008年

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1 黃旭;表面特性對繞水翼空化流動影響的研究[D];北京理工大學;2015年

2 冉文q，

本文編號：852651