喷油系统参数对生物柴油喷嘴内流动及喷雾特性影响的数值模拟研究

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1、分类号:TK4210710-2015222005专业硕士学位论文喷油系统参数对生物柴油喷嘴内流动及喷雾特性影响的数值模拟研究魏有涛导师姓名职称耿莉敏副教授专业学位类别工程硕士申请学位级别硕士及领域名称动力工程论文提交日期2018年4月17日论文答辩日期2018年5月15日学位授予单位长安大学NumericalSimulationResearchontheInfluenceofInjectionParametersonInternalFlowinNozzleandSpray-atomizationCharacteristicsof

2、BiodieselADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WeiYoutaoSupervisor：Prof.GengLiminChang’anUniversity,Xi’an,China摘要生物柴油作为一种绿色、环保、可再生能源，研发和大力推广生物柴油的应用，可以有效缓解日益严重的能源危机及减少环境污染。但其密度大、粘度高、表面张力大，导致雾化质量较差，不能充分发挥其优势。本文采用数值模拟的方法，研究喷射压力、背压、长径比及燃油温度对生物柴油喷雾特性的影响，并以试验

3、结果验证喷孔内空穴流动模型和喷雾模型的准确性。首先采用动态层网格更新技术实现针阀运动规律，模拟喷孔内部瞬态流动，并将模拟得到喷孔出口处参数耦合到喷雾场中，研究喷射压力、背压、长径比及燃油温度对喷雾特性的影响，为改善生物柴油雾化质量提供理论指导。喷孔内部瞬态流动数值计算结果表明：从针阀开启到关闭过程中，喷孔内气相体积分数迅速增大，随后趋于稳定，但当针阀关闭瞬间会突然增大；喷孔出口处平均速度及平均湍动能先逐渐增大，之后趋于稳定，在针阀关闭瞬间会有所下降；增大喷射压力、减小背压、升高燃油温度、减小长径比可促进空穴现象的产生，并且可以增

4、大喷孔出口处平均速度及平均湍动能，有利于燃料的初级雾化。从喷雾特性数值计算结果来看，生物柴油宏观及微观喷雾特性参数随时间变化的规律为：贯穿距离先快速增大，之后增速减缓；索特平均直径逐渐减小；喷雾油束速度最高、浓度最大及湍动能最大处均位于喷雾场中心区域，沿径向及轴向向外扩展，速度、浓度及湍动能逐渐下降。增大喷射压力、减小背压及长径比可增大燃油贯穿距离，减小索特平均直径，油束中心区域速度、湍动能不断增大，浓度逐渐减小；升高燃油温度，燃油贯穿距离、索特平均直径逐渐减小，油束中心区域速度、浓度逐渐减小，湍动能逐渐增大。增大喷射压力、减小

5、背压、升高燃油温度、减小长径比可促进液滴破碎，改善燃油雾化。关键词：生物柴油，针阀运动，空穴，耦合模拟，喷雾特性IAbstractAsagreen,environmentalandrenewableenergy,theresearchandwidespreaduseofbiodieselcansolvetheincreasinglyseriousenergycrisisandmitigateenvironmentalpollutionsimultaneously.However,thehighviscosity,largeden

6、sityandsurfacetensionofbiodieselcombinetoresultinbadatomizationandthus,theadvantagesofbiodieselarehardtobeinfulluse.Inthispapertheeffectofinjectionpressure,backpressure,length-diameterratioandfueltemperatureonspraycharacteristicsofbiodieselwasinvestigatedbymeansofnum

7、ericalsimulationmethod,andtheaccuracyofcavitatingflowmodelandatomizationmodelwasexperimentallyverified.Firstly,LayeringMeshMethodswasappliedtosimulatethemovementsofneedlevalveandthetransientflowinsidetheorifice,andtheresultsofthesimulationwereusedasboundaryconditions

8、ofthesprayfield.Theeffectofinjectionpressure,backpressure,length-diameterratioandfueltemperatureonspraycharacteristicsofbiodieselwa