基于LES的柴油機(jī)噴嘴內(nèi)部空化及射流霧化的數(shù)值模擬研究.pdf

1、為滿足柴油機(jī)更為高效清潔的燃燒要求，燃油系統(tǒng)呈現(xiàn)出向高噴射壓力和微孔噴射的發(fā)展趨勢(shì)。高壓、微細(xì)噴孔條件下，噴孔內(nèi)部空化流動(dòng)及射流霧化機(jī)理將更為復(fù)雜多變。大渦模擬方法（Large Eddy Simulation，LES）的應(yīng)用可以對(duì)非定常尺度渦的瞬變特性做出更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此采用LES方法研究噴孔內(nèi)部空化效應(yīng)及其對(duì)射流霧化過(guò)程的影響機(jī)理，探索強(qiáng)化霧化及混合的方法，將對(duì)柴油噴射系統(tǒng)的發(fā)展和混合過(guò)程的控制方法產(chǎn)生重要的影響。
　　首先，針

2、對(duì)高壓、微孔噴射條件下噴孔內(nèi)部湍流的不規(guī)則性更加凸顯的特點(diǎn)，建立基于壁面自適應(yīng)局部渦粘模型(Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity Model，WALE)的LES湍流模擬方法。采用變尺度網(wǎng)格對(duì)噴嘴模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以取得數(shù)值求解精度與LES所需計(jì)算能力的折衷。在對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行標(biāo)定的基礎(chǔ)上，對(duì)單孔噴嘴內(nèi)部的三維流場(chǎng)進(jìn)行全面的數(shù)值求解。結(jié)果表明，高壓、微細(xì)噴孔條件下，噴孔內(nèi)的空化及湍流脈動(dòng)的瞬變效應(yīng)加劇，尤其是

3、空化氣泡在極短的時(shí)間尺度內(nèi)經(jīng)歷了初生、成長(zhǎng)、潰滅和中止。當(dāng)噴射壓力由120MPa增加到180MPa時(shí)，噴孔出口質(zhì)量流量提高了24.92％。在Δp=180MPa時(shí)，當(dāng)空化數(shù)CN由1.05降低到1時(shí)，噴孔流量系數(shù)降低了14.28％。Pinj=180MPa，Pout=5MPa的噴射條件下，在噴孔出口近壁面處靠近空化氣泡消失的區(qū)域，出現(xiàn)了局部回流現(xiàn)象。高壓、微尺度噴射條件下(Pij=180MPa、D=0.12mm)，當(dāng)噴孔K系數(shù)由0增大至2時(shí)，

4、即噴孔形狀由圓柱形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殄F形時(shí)，噴孔流量系數(shù)提高了12.65％。
　　選取噴孔出口流動(dòng)特性參數(shù)作為噴霧初次霧化的邊界條件，實(shí)現(xiàn)噴嘴上游空化與下游霧化的有效耦合。建立兼顧液滴破碎、碰撞聚合以及曳力擾動(dòng)等行為的二次霧化模型?；诰W(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果，詳細(xì)研究了高壓、微孔噴射條件下的噴嘴射流霧化機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，高壓微孔噴射條件下（Pij=180MPa、 D=0.12mm）油滴的破碎速率明顯加快，較噴射壓力為120MPa，噴孔出口直徑為

5、0.16mm的噴射條件，其索特平均直徑降低了25.53％。噴霧初期各計(jì)算方案下貫穿距離與時(shí)間成正比例函數(shù)，在到達(dá)一定值后貫穿距離的增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，與時(shí)間類似成冪函數(shù)的關(guān)系。
　　基于EFS8400噴霧試驗(yàn)臺(tái)架，搭建了射流霧化可視化測(cè)試平臺(tái)。利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)噴霧模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，將數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)一步系統(tǒng)地分析了高壓、微細(xì)噴孔噴射條件下的燃油霧化機(jī)理。結(jié)果表明，提高噴射壓力和減小孔徑均能使液滴破碎情況得到改善。背壓對(duì)噴霧場(chǎng)