本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)噴油器內(nèi)部瞬態(tài)空化流動(dòng)特性數(shù)值模擬研究

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【摘要】：柴油機(jī)噴霧質(zhì)量直接影響到燃油在氣缸內(nèi)的燃燒過程,良好的霧化質(zhì)量能有效提高燃油利用率,從而改善燃油經(jīng)濟(jì)性,降低污染物排放。大量研究證實(shí)噴孔內(nèi)部空化現(xiàn)象對燃油一次霧化效果起著關(guān)鍵性的作用,進(jìn)而影響噴霧特性。噴嘴內(nèi)空化現(xiàn)象的產(chǎn)生能有效提高燃油噴射的霧化質(zhì)量,但同時(shí)會(huì)造成噴嘴內(nèi)部的氣蝕磨損,影響噴嘴使用性能,因此對噴孔內(nèi)部空化現(xiàn)象進(jìn)行研究具有重要意義。本文采用數(shù)值模擬的方法,研究噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)和噴射條件對噴孔內(nèi)瞬態(tài)空化流動(dòng)特性以及對應(yīng)出流特性的影響。在研究過程中,首先通過與Arcoumanis C.等人的透明噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比驗(yàn)證了物理模型的準(zhǔn)確性,并且經(jīng)過深入分析確定了混合多相流模型、標(biāo)準(zhǔn)-模型以及Schnerr and Sauer模型為模擬柴油機(jī)噴嘴內(nèi)部空化流動(dòng)較合理的物理模型。在此基礎(chǔ)上在CFD平臺(tái)上利用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)完成瞬態(tài)模擬,發(fā)現(xiàn)噴孔內(nèi)空化現(xiàn)象與針閥動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程密切相關(guān):針閥開啟瞬間,噴孔內(nèi)空化現(xiàn)象迅速產(chǎn)生;隨著針閥升程的增大,空化現(xiàn)象急劇減弱,隨后保持穩(wěn)定狀態(tài);針閥下降末期,噴孔內(nèi)空化現(xiàn)象再次增強(qiáng)。其次研究了噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對空化效應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)增加針閥最大升程對噴孔內(nèi)空化現(xiàn)象有抑制作用,但影響效果并不顯著;增大噴孔內(nèi)壁粗糙度、噴孔長徑比以及入口圓角都能顯著抑制噴孔內(nèi)部空化程度。同時(shí),隨著針閥最大升程的增大,噴孔出口質(zhì)量流量、流量系數(shù)、平均速度以及平均湍動(dòng)能都會(huì)增大;粗糙度的增大造成噴孔出口平均速度和質(zhì)量流量均減小,但提高了噴孔出口平均湍動(dòng)能,對流量系數(shù)影響較小;隨著噴孔長徑比的增大,噴孔出口平均速度和湍動(dòng)能呈減小趨勢,在針閥上升階段初期,當(dāng)L/D小于4時(shí),噴孔出口質(zhì)量流量和流量系數(shù)均呈增大趨勢,當(dāng)L/D大于4時(shí)顯著減小;隨著入口圓角的增大,噴孔出口平均速度、質(zhì)量流量以及流量系數(shù)均增大,但平均湍動(dòng)能變化并不明顯。最后研究了噴射條件對空化效應(yīng)的影響,結(jié)果表明:針閥上升速度、下降速度以及噴射壓力的提高,都對噴孔內(nèi)部空化現(xiàn)象有促進(jìn)作用;同時(shí),噴孔出口質(zhì)量流量、流量系數(shù)、平均速度以及平均湍動(dòng)能隨著針閥上升速度的增大而增大,隨針閥下降速度的增大而減小;隨著噴射壓力的提高,噴孔出口質(zhì)量流量、平均速度以及湍動(dòng)能都大幅度增加,但流量系數(shù)并無顯著變化。
【關(guān)鍵詞】：柴油噴霧 空化 結(jié)構(gòu)參數(shù) 噴射條件 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 空化現(xiàn)象形成機(jī)理12-15
• 1.3 柴油機(jī)噴嘴內(nèi)空化現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 本文研究內(nèi)容18-19
• 第二章 噴嘴內(nèi)部空化流動(dòng)的數(shù)學(xué)及物理模型19-34
• 2.1 多相流模型19-22
• 2.1.1 基于VOF方法的多相流模型19-20
• 2.1.2 混合多相流模型20-21
• 2.1.3 歐拉多相流模型21-22
• 2.2 湍流模型22-29
• 2.2.1 標(biāo)準(zhǔn) k? ε模型24-26
• 2.2.2 Realizable k?ε模型26-27
• 2.2.3 RNG k?ε模型27-28
• 2.2.4 SST k? ω模型28
• 2.2.5 Reynolds應(yīng)力方程模型28-29
• 2.3 空化模型29-33
• 2.3.1 Zwart-Gerber-Belamri模型30-31
• 2.3.2 Schnerr and Sauer模型31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 噴嘴內(nèi)部空化流動(dòng)物理模型驗(yàn)證和選取34-48
• 3.1 空化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)介紹34-37
• 3.2 實(shí)驗(yàn)工況數(shù)值模擬37-39
• 3.2.1 幾何模型和網(wǎng)格模型37
• 3.2.2 模型選擇及參數(shù)37-38
• 3.2.3 網(wǎng)格無關(guān)解38-39
• 3.3 物理模型驗(yàn)證及選取39-47
• 3.3.1 多相流模型選取39-42
• 3.3.2 湍流模型選取42-45
• 3.3.3 空化模型選取45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響研究48-72
• 4.1 噴嘴內(nèi)部空化流動(dòng)數(shù)值模擬模型建立48-49
• 4.1.1 幾何模型和網(wǎng)格模型48-49
• 4.1.2 模型選擇及參數(shù)49
• 4.2 針閥最大升程對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響49-54
• 4.2.1 數(shù)值模擬計(jì)算工況49
• 4.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析49-54
• 4.3 噴孔內(nèi)壁粗糙度對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響54-60
• 4.3.1 數(shù)值模擬計(jì)算工況54-55
• 4.3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析55-60
• 4.4 噴孔長徑比對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響60-65
• 4.4.1 數(shù)值模擬計(jì)算工況60
• 4.4.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析60-65
• 4.5 噴孔入口圓角對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響65-70
• 4.5.1 數(shù)值模擬計(jì)算工況65
• 4.5.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析65-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第五章 噴射條件對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響研究72-87
• 5.1 針閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響72-82
• 5.1.1 針閥上升速度對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響72-77
• 5.1.2 針閥下降速度對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響77-82
• 5.2 噴射壓力對瞬態(tài)空化流動(dòng)特性影響82-86
• 5.2.1 數(shù)值模擬計(jì)算工況82
• 5.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析82-86
• 5.3 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論與展望87-89
• 全文結(jié)論87-88
• 工作展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文93-94
• 致謝94

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