基于欧拉喷雾与火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型的PRF燃料喷雾燃烧模拟研究

在开源计算流体软件OpenFOAM环境下,将基于欧拉方法的Σ-Y喷雾模型与非稳态火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型相耦合,发展用于高温高压环境中液体燃料喷雾湍流燃烧高精度计算模型,分别对非燃烧和燃烧工况下的五种典型参比燃料(Primary Reference Fuel,PRF)的燃油喷射雾化与湍流燃烧过程开展数值研究。结果表明：该新型耦合模型能够准确的预测PRF燃料的喷雾和着火燃烧特性;所开发的重构数值喷雾纹影图像和燃烧OH^*图像处理方法能够很好地捕捉到试验的滞燃期、火焰浮起长度及喷雾火焰结构;研究揭示了不同比例的PRF燃料对喷雾及着火燃烧过程的影响特性,为替代燃料在发动机上的高效应用提供了理论指导。     

戊醇/生物柴油喷雾微观与宏观特性可视化研究

戊醇掺混生物柴油是非常具有潜力的可再生高活性替代燃料,但其掺混后喷雾雾化特性是制约其能否清洁燃烧关键因素。本研究在可视化定容燃烧弹中借助分光镜,将装配了长焦镜头和长工作距显微镜头的两台高速数码相机垂直布置,搭建了长焦高速阴影成像和长工作距离显微高速阴影成像同步测量平台,同步实时捕捉多个喷射循环内宏观和微观喷雾图像,开展了戊醇/生物柴油喷雾宏观和微观特性的可视化试验。针对微观喷雾液滴直径和瞬时速度特征,开发了基于液滴分离和液滴追踪的颗粒追踪测速方法;针对宏观喷雾特性,基于最大类间方差法,获得喷雾贯穿距和喷雾锥角。本文定量表征了远场离散液滴回卷过程中直径(分布)和瞬时速度(分布),回卷平均速度约为轴向平均速度的1/20。     

柴油机喷嘴入口圆角对线空化影响的试验研究

柴油机喷嘴内的线空化是一种呈现线状形态的特殊空化现象,具有高瞬态性。本文利用自搭建的稳态试验台,设计了双孔min-SAC比例放大喷嘴。并在稳定喷射压力和固定针阀升程条件下开展了试验研究。研究表明,随着喷射压差的升高,喷嘴内部线空化程度随之增加;喷孔入口圆角会影响喷嘴内部涡旋运动,进而影响线空化的分布特征;在高针阀升程下,几何诱导空化对线空化有促进作用;当喷孔入口存在倒圆角时,喷嘴内几何诱导空化被明显抑制,线空化分布特征明显不同。     

甲醇喷雾湍流反应流的JPDF数值模拟

喷雾湍流燃烧过程中,液滴、湍流和化学反应之间强烈耦合,物理化学机理非常复杂。本文将速度-标量-频率联合概率密度函数JPDF输运方程方法应用于两相喷雾湍流反应流问题,利用火焰面模型解耦流动和化学反应动力学的耦合关系,建立起相应的数值计算模型。采用Monte-Carlo数值计算方法,针对澳大利亚悉尼大学Masri等人以甲醇为燃料所进行的湍流喷雾燃烧值班火焰这一试验进行了数值模拟,通过与Fluent下的计算结果及试验结果的对比分析,验证了本文所建模型的准确性。