柴油-生物柴油雾化质量数值计算及喷嘴内部流动和空化现象的CFD模拟硕士论

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1、分类号:TB0510710-2010122062硕士学位论文柴油/生物柴油雾化质量数值计算及喷嘴内部流动和空化现象的CFD模拟陈海龙导师姓名职称曹建明教授申请学位级别硕士学科专业名称动力机械及工程论文提交日期2012年11月20论文答辩日期2012年12月15日日学位授予单位长安大学NumericalCalculationofDiesel/BiodieselFuelAtomizationandCFDSimulationofInternalFlowandCavitationPhenomenonADisserta

2、tionSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenHailongSupervisor：Prof.CaoJianmingChang’anUniversity,Xi’an,China摘要环境污染的加重、石油资源的枯竭，这些都制约着柴油机的发展，但是公路运输又离不开货车，而大多数货车的发动机还是柴油机。为了解决这些问题，人们开始研究新的燃烧方式，寻找柴油的替代产品。新燃烧方式的研发是以控制喷射雾化形成的可燃混合气来实现的。本论文主要研究了燃油喷射雾化过程中喷孔内的空化现象

3、以及柴油和生物柴油喷射雾化液滴尺寸分布。首先，本文借助GAMBIT软件建立喷嘴的二维计算模型，并进行了网格划分，然后利用FLUENT软件对喷孔中的空化现象进行了全面的模拟。模拟结果表明，提高喷压力，降低喷射背压都有利于喷孔内的空化形成，然后通过改变喷嘴结构形状，进一步研究了喷嘴结构对空化的影响，模拟结果表明，增大喷孔长径比，空化现象受到了抑制；增大喷孔入口圆角半径，有利于燃油的流动，但是不利于空化现象的产生；喷孔形状对对空化现象有很大的影响，当喷孔形状为喷孔出口直径小于入口直径的压缩喷孔时，喷孔内很容易产生空

4、化现象，当喷孔形状为喷孔出口直径大于入口直径的扩张喷孔时，喷孔内的空化现象受到了抑制。其次，本文对柴油和生物柴油喷孔中的空化现象进行了模拟，结果表明柴油和生物柴油的喷孔中空化现象相同，只是喷嘴出口速度不同，柴油的喷嘴出口速度大于生物柴油的喷嘴出口速度。导师曹建明教授根据最大熵原理推倒液滴尺寸分布函数，根据此函数编写了FORTRAN计算程序，对柴油和生物柴油雾化液滴尺寸分布进行了理论计算，并与实验结果进行对比，对比结果表明生物柴油的雾化粒径大于柴油的雾化粒径。为了改善生物柴油的雾化质量，我们配制了生物柴油和液化

5、石油气的混合燃料L10（生物柴油质量分数为90%，液化石油气质量分数为10%）和L20（生物柴油质量分数为80%，液化石油气质量分数为20%），并且对这两种混合燃料的雾化液滴尺寸分布进行了理论计算，计算结果表明，L20的雾化质量比L10的雾化质量要好，并且L20的雾化质量更接近柴油的雾化质量。另外，理论计算中最重要的一个因数就是拉格朗日因子变换系数初始值的选取，经过反复的尝试发现，对于本论文中所选的工况而言，拉格朗日因子变化系数初始值在1.9左右时，理论计算和试验结果得到了很好地拟合。关键词：柴油机，喷雾

6、，空化现象，数值模拟，尺寸分布IAbstractEnvironmentalpollutionandpetroleumresourcesarerestrictedthedevelopmentofdieselengine,butroadtransportationcannotleavethetruck,howevermostofthetruckengineisdieselengine.Inordertosolvetheseproblems,peoplebegintoresearchthenewcombustion

7、mode,andlookingfordieselreplacementproducts,thenewcombustionmodedevelopmentbasedoncontrolatomizationformationofcombustiblemixture.Thispapermainlystudiedthenozzleinternalcavitationphenomenonoffuelatomizationprocess,anddropletsizedistributionofdieselandbio-di

8、eselatomization.Firstofall,buildandmeshthetwo-dimensionalcalculationmodelofnozzlebyusingthegambitsoftwarethensimulatedthenozzleinternalcavitationphenomenonbyusingfluentsoftware.Theresultsshowthatcavita