内燃机亚临界/超临界燃油喷雾的大涡模拟

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随着内燃机燃烧技术的发展,高喷射压力、高背压等增压技术获得了广泛应用。缸内跨临界及超临界状态下的燃料喷射雾化及蒸发过程的研究具有非常重要的理论和实际意义。为探究影响跨临界/超临界燃油喷射雾化的机理和影响因素,本文以定容弹内地正庚烷喷雾为计算模型,OpenFOAM软件为计算平台,采用欧拉-拉格朗日法与欧拉-欧拉双流体法对燃油喷射进行数值模拟。拉格朗日的特点是对粒子进行追踪。液滴在喷射过程中发生破碎分裂,在高温下相变为气体进行燃烧。计算所用的湍流模型选择为RANS与LES,模拟的结果可以相互对比,液滴的破碎模型选择为ETAB模型。在模拟计算过程中,随着燃油的喷射压力不断提高以及缸内因火焰燃烧而温度不断上升,致使出现缸内压力与温度超过了燃油临界值的现象。而VOF模型的特点是对气液界面的追踪,即可以捕捉液面的变化,计算所用的湍流模型为LES。在亚临界工况时,采用的是不可压、不可溶求解器求解;但是对于超临界的工况,就需要采用可压求解器求解,也需要使用真实气体状态方程(P-R)方程代替理想气体状态方程。数值模拟的结果显示: (1)在粒子追踪法中,LES相对于RANS方法模拟结果更接近于实验值,表征的参数有燃油贯穿距、喷雾结构、温度分布以及粒子分布等;超临界工况下瞬态效应非常显著,气液两相的热力学特性也有明显变化,表现为蒸发潜热的下降以及温度急剧的变化等。 (2)在VOF方法中,亚临界工况模拟结果显示,射流表面明显存在着扰动波,在扰动波的作用下射流边缘逐渐破碎形成液滴而剥落,射流表面初始扰动因素是喷孔出口处以及液体内部的湍流作用;超临界工况的模拟结果显示出,射流表面的液滴不复存在,而是呈现一个高度褶皱的表面将高密度的射流流体与周围低密度流体分开,即存在着介于气体与液体之间的混合层。
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