基于LES的柴油机喷嘴内部空化及射流雾化的数值模拟研究.pdf

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1、基于LES的柴油机喷嘴内部空化及射流雾化的数值模拟研究TheNumericalStudyofCavitationFlowandSprayAtomizationinDieselInjectorbyLargeEddySimulation姓2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的

2、个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：韧航讼}9年6具fD日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博

3、硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：木獍电砂／，垆年f月fo日指导教师签名：易＼目￡害z．(华年6冯【o日江苏大学硕士学位论文摘要为满足柴油机更为高效清洁的燃烧要求，燃油系统呈现出向高喷射压力和微孔喷射的发展趋势。高压、微细喷孔条件下，喷孔内部空化流动及射流雾化机理将更为复杂多变。大涡模拟方法(LargeEddySimulation，LES)的应用可以对非定常尺度涡的瞬变特性做出更准确预测。因此采用LES方法研究喷孔内

4、部空化效应及其对射流雾化过程的影响机理，探索强化雾化及混合的方法，将对柴油喷射系统的发展和混合过程的控制方法产生重要的影响。首先，针对高压、微孔喷射条件下喷孔内部湍流的不规则性更加凸显的特点，建立基于壁面自适应局部涡粘模型(Wall．AdaptingLocalEddy-ViscosityModel，WALE)的LES湍流模拟方法。采用变尺度网格对喷嘴模型进行网格划分，以取得数值求解精度与LES所需计算能力的折衷。在对数学模型进行标定的基础上，对单孔喷嘴内部的三维流场进行全面的数值求解。结果表明，高压、微细喷孔条件

5、下，喷孔内的空化及湍流脉动的瞬变效应加剧，尤其是空化气泡在极短的时间尺度内经历了初生、成长、溃灭和中止。当喷射压力由120MPa增加到180MPa时，喷孔出口质量流量提高了24．92％。在卸=180MPa时，当空化数CN由1．05降低到1时，喷孔流量系数降低了14．28％。Pi．j=180MPa，Pout=5MPa的喷射条件下，在喷孔出口近壁面处靠近空化气泡消失的区域，出现了局部回流现象。高压、微尺度喷射条件下(Pinj=180MPa、D=0．12mm)，当喷孔K系数由0增大至2时，即喷孔形状由圆柱形逐渐转变为锥

6、形时，喷孔流量系数提高了12．65％。选取喷孔出口流动特性参数作为喷雾初次雾化的边界条件，实现喷嘴上游空化与下游雾化的有效耦合。建立兼顾液滴破碎、碰撞聚合以及曳力扰动等行为的二次雾化模型。基于网格无关性检验结果，详细研究了高压、微孔喷射条件下的喷嘴射流雾化机理。研究发现，高压微孔喷射条件下(Pinj=180MPa、D=0．12ram)油滴的破碎速率明显加快，较喷射压力为120MPa，喷孔出口直径为0．16mm的喷射条件，其索特平均直径降低了25．53％。喷雾初期各计算方案下贯穿距离与时间成正比例函数，在到达一定值

7、后贯穿距离的增长趋势变缓，与时间类似成幂函数的关系。基于EFS8400喷雾试验台架，搭建了射流雾化可视化测试平台。利用试验结果对喷雾模型的有效性进行了验证，将数值模拟和试验相结合，进一步系统地基于IB的柴油机喷嘴内部空化及射流雾化的数值模拟研究分析了高压、微细喷孔喷射条件下的燃油雾化机理。结果表明，提高喷射压力和减小孔径均能使液滴破碎情况得到改善。背压对喷雾场的宏观特性参数影响显著，当背压由1MPa提高到5MPa时，喷雾贯穿距离减小了41．67％，喷雾锥角则由原来的140增加到240。采用收敛形喷嘴的喷雾贯穿距离

8、更远而雾化效果不佳，因此需要进一步协同优化高压微孔喷射参数，从而促进燃油雾化。关键词：柴油机，喷油嘴，空化，雾化，大涡模拟II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTTomeettherequirementsofmoreefficientandcleancombustionfordieselengine，thefuel-injectionsystemtendstobewith