液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟

【摘要】：燃油的分裂与雾化过程实际上是液体射流的一种失稳现象,在工程上常常利 用射流的这种失稳过程来实现燃油的雾化,以增加燃油的表面积提高燃烧效率。 因此对射流分裂与雾化机理的研究不仅具有重要的理论意义,而且还具有深远的 工程应用背景。本文对粘性液体射流分裂与雾化过程的机理进行了理论和数值研 究,并将结果应用于内燃机缸内工作过程的模拟中。具体完成了以下几方面的工 作。 一、概括总结了前人关于射流稳定性及其分裂雾化机理的研究成果,同时还 对内燃机工作过程中,燃油在缸内的雾化模型进行了介绍。 二、将圆柱形粘性液体射流模型进一步推广,即考虑到气体的粘性在射流分 裂与雾化过程中的作用,使射流分裂雾化模型更加完善;采用线性稳定性分析的 方法对射流模型进行了求解,得到了具有普遍三维扰动形式下的射流自由表面扰 动发展的色散关系;本文手算推导的色散关系得到了代数及符号软件 MATHEMATICA的验证。 三、对上述的色散关系作了比较详尽的数值分析并针对若干实际工况进行 了大量数值计算;通过数值模拟本文首次确定了临界气体韦伯数We_(2c)=1,可以作 为区分粘性液体射流分裂与雾化模态的判据。当We_21时,射流处于分裂模态, 而当We_21时,射流过程为雾化模态。将理论分析及数值计算结果与射流分裂雾 化特性相结合得到了一套计算射流的未受扰液核长度、喷雾的平均滴径的方法。 四、将空心圆柱形粘性液体射流模型也作了推广,即建立了旋转气流中的空 心圆柱射流分裂与雾化三维模型;通过手算得到了空心圆柱形粘性液体射流的具 有普遍三维扰动形式下的自由表面扰动发展的色散关系,该关系也得到了代数及 符号软件MATHEMATICA的验证。 五、对空心圆柱形粘性液体射流自由表面扰动发展的色散关系进行比较全 面的数值分析,比较了各参数在低速射流与高速射流中的作用及异同。 六、将圆柱形粘性液体射流分裂雾化机理研究的结果应用于一小型高速4缸 柴油机缸内工作过程的模拟中,同时还对该型柴油机的工作特性进行了实验研究。