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《华中科技大学》 2007年
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柴油机喷雾准直接数值模拟及其雾化机理的研究

沃傲波  
【摘要】: 燃油的雾化是决定内燃机燃烧品质优劣的重要因素。长期以来,人们对燃油喷雾场进行了大量的研究,但由于计算机性能和测试手段的限制,这方面的研究历来偏重于雾化的几何特性和物理特性,而对控制雾化过程、决定雾化质量优劣的关键,即雾化机理的研究由于难度较大,存在着较多的推测和经验的成分。 对于喷雾的数值模拟,由于受到计算机性能的限制,前人的研究主要集中在离散液滴模型(DDM)模型上。DDM模型虽然能满足工程应用的需要,但它的四个基本假设,使得喷雾场的很多重要的细节都丢失了。 本文使用两相流的大涡模拟理论和VOF方法,对燃油喷雾场进行了准直接数值模拟,获得了近喷孔处的初始喷雾场。对比分析模拟和Hiroshi Hattori等人的实验结果,对燃油喷雾的初始破碎过程进行了研究,得出了一些结论:燃油的初始破碎主要是受到空气的阻力及剪切作用力而产生的;破碎主要发生在液柱头部;在喷雾的初始阶段,液柱表面的波动并不足以使液柱发生断裂,因此,存在一个长度至少为30d以上的未受扰液核。 对二次雾化机理进行了研究,认为:一次雾化和二次雾化并不是两个互不干扰过程,而是相互影响的;二次雾化的同时还进行着相反的融合过程,包括原本稀薄的液雾之间的聚合及液滴之间的融合;二次雾化应该是在外部空气作用和内部湍流运动共同影响下进行的,其中,外部空气作用是主要的影响因素。 对喷雾过程进行了变工况分析,研究了喷射速度、背压、喷嘴长径比对喷雾形态的影响,发现:提高喷射速度和背压可以提高雾化效果,符合气动雾化理论;增大长径比并不一定对雾化有利,应该可以对喷嘴进行优化设计以达到最佳的雾化效果。 现代直喷式柴油机的喷孔直径越来越小,因此,边界层对主流的影响也越来越明显,壁面上流体速度为零的假设已不再合适,需要研究不同光滑程度的壁面对喷雾数值模拟的影响。本文对两个极端情况——无滑壁面和光滑壁面——进行了对比分析,发现壁面阻力引起的扰动有利于增强雾化效果,但会使贯穿距增大,可能会导致喷雾锥角的减小。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TK421

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【相似文献】
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