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乙醇缸内喷雾特性数值模拟

胡艳  
【摘要】:能源短缺与环境污染已成为当今世界的两大热门话题,因此,能源消耗和环境污染问题受到广大研究者的关注。为了降低对石油能源的依赖性,发展具有中国特色的代用燃料势在必行。乙醇作为内燃机代用燃料已有一段历史了,乙醇作为替代燃料是因为它是一种含氧燃料,理论空燃比较低,缸内燃烧过程更充分,沸点低而易蒸发雾化,缸内混合气更均匀,燃烧更彻底。因此降低了有害尾气排放和对环境的污染。另外,乙醇是一种绿色可再生的生物能清洁燃料,随着科学技术的发展,可以通过粮食和植物的秸秆加工得到,来源相当丰富。而且燃烧乙醇后产生的二氧化碳排放到大气中后与植物进行光合作用消耗掉,缓解了温室效应的影响。乙醇作为内燃机的替代燃料大面积推广使用,缓解了石油紧缺和环境污染的两大难题,是一种发展前景相当可观的清洁燃料。 本文主要是利用AVL-FIRE软件对乙醇瞬态喷雾特性进行了模拟研究。总结了国内外燃油喷雾雾化过程的研究概况,阐述了燃油喷射雾化机理以及喷雾过程出现的基础现象;讲述了燃油雾化模拟计算的模型、流体动力学控制方程以及用FIRE软件进行模拟计算的具体步骤;建立了计算动网格模型,确定了合适的物理模型和初边界条件,对乙醇喷雾过程进行了模拟计算和详细的结果分析,并且将乙醇的喷雾特性与柴油的进行了对比分析,研究结果表明:乙醇喷雾形态比柴油的稍短粗;喷雾锥角略大于柴油的喷雾锥角;由于乙醇粘性比柴油低,而且容易蒸发,故贯穿距、SMD均比柴油的小;乙醇气化潜热高,吸热量高,喷雾温度场变化比柴油温度场变化大;乙醇雾化质量好,沸点低,饱和蒸汽浓度高于柴油;喷雾液滴速度比柴油的小。这些都是由乙醇自身热物理性质决定的。通过改变参数,研究了喷孔直径、燃油温度和喷雾初始锥角三个参数对乙醇喷雾特性的影响,研究结果表明:随着喷孔直径的增大,贯穿距减小,SMD增大;随着油温的升高,贯穿距减小,SMD减小;随着喷雾锥角的增大,贯穿距减小,SMD变化不大。


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