基于VOF方法的噴嘴空穴流動與近場噴霧數(shù)值模擬研究.pdf

1、噴油器作為發(fā)動機噴油系統(tǒng)內(nèi)的終端部件，在控制噴射燃油流量的同時，噴嘴內(nèi)部的流動狀況也給燃油噴射的霧化效果帶來顯著影響，進而直接關(guān)系到發(fā)動機的燃燒與排放。大量有關(guān)研究文獻顯示，噴嘴內(nèi)發(fā)生的空穴過程對噴嘴內(nèi)部流動及外部射流霧化有重要影響。因此，在充分考慮噴嘴內(nèi)部空穴過程的條件下，對噴嘴噴射過程的內(nèi)部流動和外部射流形成及霧化進行完整的噴射研究是十分必要的?？紤]到實驗條件下觀測實際噴嘴內(nèi)部流動及近場霧化的難度，借助數(shù)值模擬的手段對噴射過程進行分

2、析研究是很有發(fā)展前途的。
　　 本研究基于VOF方法，在建立一個液-蒸汽-空氣多相流模型的基礎(chǔ)上，加入空穴模型，改造多相流的質(zhì)量平衡方程及體積分數(shù)方程，建立起關(guān)于空穴多相流的數(shù)值模型。
　　 基于Linux系統(tǒng)下的開源CFD軟件OpenFOAM，參照程序內(nèi)部已有的相關(guān)標準求解器的源代碼，自行設(shè)計并編譯了針對空穴多相流問題的求解器interMpcFoam，并由此構(gòu)建起模擬噴嘴噴射過程中空穴流動及射流霧化過程的CFD計算平臺

3、。新開發(fā)出的求解器interMpcFoam，涉及到多相流的流動過程、液相與蒸汽相的空穴相變過程、以及空氣相同蒸汽相的相互擴散混合過程，可在求解算例時自行選擇對應的空穴模型，并可根據(jù)需要調(diào)用OpenFOAM支持的相關(guān)湍流流動模型。
　　 參照有關(guān)文獻中的噴射實驗過程，對不同噴射條件下噴嘴內(nèi)發(fā)生的空穴現(xiàn)象進行了一系列的二維噴嘴模擬，并將模擬結(jié)果同實驗結(jié)果進行對比，得到較好的吻合，從而驗證了數(shù)值模型及軟件求解器的準確性，同時也反映出與

4、實驗結(jié)論基本一致的有關(guān)空穴作用規(guī)律。二維噴嘴的模擬結(jié)果不單顯示出應用該方法對空穴流動及射流霧化過程進行研究的可行性，更為接下來模擬實際條件下噴嘴的噴射過程提供了模型參數(shù)及控制設(shè)定的相關(guān)經(jīng)驗。
　　 在模擬二維噴嘴噴射中空穴流動的基礎(chǔ)上，針對實際VCO噴嘴條件下高壓柴油噴射的空穴過程及射流霧化進行了三維模擬。模擬結(jié)果展現(xiàn)了噴嘴內(nèi)燃油噴射的空穴流動及外部射流破碎霧化過程，驗證了空穴過程對射流形成及霧化的影響。根據(jù)燃油噴射過程圖像及流