基于CFD的柴油機(jī)噴霧過程模擬計(jì)算研究.pdf

1、柴油機(jī)的噴霧特性影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率及排放，良好的霧化是高效、節(jié)能、環(huán)保的前提。對(duì)于柴油機(jī)的噴霧特性的研究，由于目前的實(shí)驗(yàn)測(cè)試存在著不能觀察噴霧場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷，CFD則在這方面有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
　　 本文主要運(yùn)用CFD軟件Fluent對(duì)柴油機(jī)的噴霧過程進(jìn)行模擬研究，分析其變化規(guī)律。結(jié)果表明，WAVE模型能在一定程度上較好地說明柴油機(jī)的噴霧近場(chǎng)霧化過程。通過分析可以看出，隨著入射壓力的增加或者背壓的降低，噴嘴內(nèi)外壓差變大，其

2、噴射初速度和能量就大，對(duì)后續(xù)的氣流擾動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響，可以增加噴霧錐角與貫穿距離，而表面不穩(wěn)定波的波長(zhǎng)由于氣流擾動(dòng)的加大會(huì)變短，霧化質(zhì)量變好，但是由于背壓變化范圍有限，噴霧質(zhì)量的提高不明顯；孔徑不變的條件下，隨著長(zhǎng)徑比的增加，管內(nèi)的阻力加大，貫穿距離減少，霧化質(zhì)量變差。隨后引入粗糙度的概念，粗糙度的存在使噴嘴內(nèi)部的湍流發(fā)生了變化，有了初始的擾動(dòng)，噴霧射流離開噴嘴后，就會(huì)迅速與氣流產(chǎn)生擾動(dòng)，增加了徑向的噴霧場(chǎng)發(fā)展，噴霧錐角得到了增加，在一定程

3、度上促進(jìn)了霧化，同時(shí)由于在徑向的作用，其在軸向的運(yùn)動(dòng)相對(duì)減弱，不同的粗糙度對(duì)于噴霧的錐角和貫穿距離影響各不相同，霧化質(zhì)量有區(qū)別。模擬計(jì)算噴霧場(chǎng)中氣流速度場(chǎng)的情況，可以看到在噴嘴出口處，由于擾動(dòng)，氣流被卷入噴霧射流中，但在噴霧射流的前端，氣流被噴霧射流往外推，形成卷吸渦，而這種卷吸會(huì)隨背壓的降低有所減弱。
　　 隨后運(yùn)用混合模型，在考慮粗糙度的前提下，對(duì)柴油機(jī)噴嘴內(nèi)的空穴進(jìn)行模擬，可以看出，隨著入射壓力的減少，降低了內(nèi)外壓差，減低

4、了靜壓力小于飽和蒸汽壓的概率，空穴的區(qū)域隨之減少；孔徑不變的條件下，長(zhǎng)徑比的減少會(huì)增加空穴寬度，但是這個(gè)增加的范圍有限；R型噴嘴中，r/D的增加減少了斷面的收縮，空穴區(qū)域變小，且其值在一定臨界值以上時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)空穴現(xiàn)象；R型與S型相比，同樣的外部條件下，空穴的出現(xiàn)區(qū)域要小，這與壁面的圓滑過渡有關(guān)。綜合分析空穴現(xiàn)象及其后續(xù)的噴霧射流的霧化，可以看出，空穴對(duì)于柴油機(jī)的噴霧霧化有一定的促進(jìn)作用，其在管內(nèi)產(chǎn)生的初級(jí)擾動(dòng)對(duì)于霧化的發(fā)展有很重要的影