發(fā)布時(shí)間：2017-09-14 22:17

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

  更多相關(guān)文章： 噴嘴 云空化脫落 近場(chǎng)噴霧 LES大渦模擬 可視化試驗(yàn)

【摘要】：新一代內(nèi)燃機(jī)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(dòng)現(xiàn)象對(duì)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(dòng)過(guò)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(duì)燃油噴射過(guò)程的精細(xì)控制將有直接影響,進(jìn)而影響到內(nèi)燃機(jī)發(fā)展到今天性能的進(jìn)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(chǎng)脈動(dòng)與湍流之間存在復(fù)雜相互作用,并對(duì)近場(chǎng)噴霧有很大的影響,而對(duì)其在噴嘴內(nèi)部的細(xì)致研究尚未開(kāi)展。本文針對(duì)內(nèi)燃機(jī)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(dòng)試驗(yàn)臺(tái),設(shè)計(jì)透明方孔截面噴嘴開(kāi)展PIV及高速成像可視化實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)采用LES(Large Eddy Simulation)數(shù)值模擬方法來(lái)研究噴嘴內(nèi)云空化流動(dòng)瞬態(tài)發(fā)展特性及其對(duì)近場(chǎng)噴霧的影響特性。對(duì)該噴嘴準(zhǔn)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(dòng)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(shí)伴隨著渦脫落,通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中噴孔內(nèi)空化長(zhǎng)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(huì)下降。LES大渦模擬得出了與試驗(yàn)基本一致的云空化脫落頻率,而對(duì)云空化瞬態(tài)脫落過(guò)程模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的一致性再次驗(yàn)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(yù)測(cè)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(jī)理,空化強(qiáng)化湍流機(jī)理及空化自身脫落所引起的噴孔內(nèi)速度及壓力的波動(dòng)特性。隨后,基于上述的LES數(shù)值計(jì)算模型,針對(duì)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際噴嘴開(kāi)展了噴射初期和穩(wěn)定情況下內(nèi)流耦合近場(chǎng)的噴霧破碎霧化過(guò)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(shí)的整個(gè)燃油噴射過(guò)程,對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),相比于不帶殘余氣泡的燃油噴射過(guò)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(dòng)的分析,在核實(shí)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(zhǎng)度縮短的結(jié)論基礎(chǔ)上,進(jìn)一步揭示了射流表面波的形成和液絲的形成機(jī)理。模擬結(jié)果也清楚呈現(xiàn)了空氣倒吸進(jìn)入噴嘴的現(xiàn)象,為實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴內(nèi)可能會(huì)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(chǎng)噴霧 LES大渦模擬 可視化試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)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(dòng)及近場(chǎng)噴霧的試驗(yàn)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.5 噴嘴內(nèi)空化兩相流數(shù)值計(jì)算模型19-20
• 1.6 噴嘴內(nèi)空化流動(dòng)及近場(chǎng)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(dòng)可視化試驗(yàn)24-38
• 2.1 流體動(dòng)力學(xué)的相似性24-25
• 2.2 燃油噴射循環(huán)流動(dòng)噴嘴內(nèi)流試驗(yàn)臺(tái)及工作原理25-28
• 2.3 可視化模型噴嘴28-29
• 2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析29-36
• 2.4.1 試驗(yàn)拍攝圖片說(shuō)明29
• 2.4.2 不同壓力下噴嘴內(nèi)空化流動(dòng)可視化試驗(yàn)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(chǎng)的PIV測(cè)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(dòng)大渦模擬的數(shù)學(xué)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(jì)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(dòng)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(dòng)的流場(chǎng)分析49-53
• 4.4 噴嘴內(nèi)云空化流動(dòng)與大尺度渦脫落的分析53-56
• 4.5 噴嘴內(nèi)云空化脫落對(duì)壓力脈動(dòng)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(jī)噴嘴內(nèi)空化流動(dòng)及近場(chǎng)噴霧破碎的大渦模擬61-72
• 5.1 計(jì)算模型和邊界條件61-62
• 5.2 噴射初期噴嘴內(nèi)空化流動(dòng)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(guò)程數(shù)值模擬62-64
• 5.2.2 帶殘余氣泡的燃油噴射過(guò)程數(shù)值模擬64-67
• 5.3 噴嘴近場(chǎng)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(xiàn)74-79
• 致謝79-80
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果80

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