计算燃烧学论文-周兆华

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1、实用标准文案柴油机喷雾模型的研究发展周兆华（武汉理工大学汽车工程学院；动力机械及工程1303；1049721302184）摘要：喷雾技术是内燃机燃烧技术的核心部分之一，本文对柴油机燃油雾化过程进行了简要分析，详细说明了喷油器内部燃油流动对后续喷雾过程造成影响的原因。并简单介绍了喷雾CFD计模拟中应用较多的各种物理模型的类型及特点，最后对未来喷雾模型的发展方向和研究方法进行了展望。关键词：柴油机；喷雾模型；发展；CFD分析ThedevelopmentofautomotivedieselenginespraymodelresearchZhouZh

2、aohua(AutomotiveengineeringdepartmentofWuhanUniversityofTechnology;PowerMachineryandEngineering1303;1049721302184)Abstract:Spraytechnologyisoneofthecorepartsoftheenginecombustiontechnologies.Thepapertakesabriefanalysisofthedieselfuelatomizationprocess,andadetaileddescriptio

3、nofthereasonsfortheinsideinjectorfuelflowimpactingonthesprayprocess.ThepaperbrieflydescribesthetypesandcharacteristicsofavarietyofphysicalmodelsinthesprayapplicationofCFDsimulations,andfinallydirectionsofdevelopmentandresearchmethodsofthespraymodelsarediscussed.Keywords:Die

4、sel;Spraymodel;Development;CFDanalysis引言内燃机喷雾是一个喷油压力发生变化的瞬态不稳定气液两相流动过程，对于喷雾的模拟涉及燃油喷射、射流破碎、液滴破碎、油滴间的碰撞和聚合、气液两相相互作用、液滴与壁面相互作用及液滴的传热、传质等物理过程。喷雾模型的发展经历了一个从简单到复杂，力争接近于真实物理本质的过程。[1]以KIVA程序为例，1982年，初始KIVA喷雾模型以单个液滴蒸发为基础，用一个统计表达式描述液滴的尺寸谱和蒸发过程；1985年正式发布的KIVA程序增加了对液滴间碰撞、聚合、喷雾与湍流间相互作用的

5、模拟；1989年推出的KIVA-2增加了TAB破碎模型和STICK粘附模型；KIVA-3完成了燃油碰壁反弹一滑移模型、WAVE破碎模型和多组分燃油蒸发模型，1997年又增加了油膜流动模型。由于KIVA程序源代码是开放的，国内外许多研究人员在其基础上增加新的模型进行喷雾的多维模拟。[2]除KIVA外，PHENICS，FIRE等内燃机专业CFD软件和FLUENT、STAR-CD等通用软件在内燃机工作过程数值模拟中的应用越来越多，这些软件的最新版本均吸收了内燃机数值模拟研究的最新成果。一般来说，对喷雾过程的研究有两种方法：一种是在实验设备上进行系统

6、的试验；如图1是研究无蒸发喷雾的可视化实验装置。[3]图1无蒸发喷雾可视化实验装置另一种则是对柴油机的燃油喷射系统工作过程中发生的每一种现象进行模拟计算，并确定数值计算对实际过程的影响。第二种方法是设计和改进燃油系统的重要手段之一，因为它不受第一种方法的限制，可精彩文档实用标准文案以大量减少试验工作，阐明许多试验研究不能解决的问题，成本低，可以作为发动机早期研究的工具，并且在发动机制造及性能测试期间可以发现并修理故障。但是难点在于目前对复杂现象如液态燃油的雾化及液滴蒸发的理论分析还不够完善。柴油机喷雾的数学模型对喷雾模拟结果的真实性和准确性十

7、分重要，为了获得接近真实工作过程的模拟结果，喷雾模型已经成为最近20多年来研究的重点。1燃油雾化过程分析喷油器是内燃机的重要组成部分，喷雾特性直接影响内燃机的性能和污染物的生成。内燃机燃油喷射过程因其在未来排放法规中的重要性，使得弄清喷雾与空气的混合过程，研究喷雾特性的影响因素和变化规律，特别是探明燃油喷射的雾化及蒸发机理，从而合理组织燃烧已成为当今极重要的课题。柴油机燃油喷射时，随着针阀的上升液态燃油从喷油器内经喷孔喷入燃烧室内，由于气缸内部高温高压环境，雾化现象从喷油器喷孔出口处就已经开始。燃油雾化可以分为两个过程：初级破碎和次级破碎。初

8、级破碎发生在高韦伯数的喷嘴附近区域，次级破碎主要发生在从液柱顶端开始的较薄的伞状延伸区的外围，在这个区域里喷嘴流动液柱开始瓦解，而空气动力的作用使燃油雾化加剧。[4