基于K系数喷嘴喷孔内空化现象的数值模拟.pdf

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1、机械设计与制造第l1期186MachineryDesign&Manufacture2012年11月文章编号：1001—3997(2012)11-0186—03基于K系数喷嘴喷孔内空化现象的数值模拟水韩振南刘晓政孙志刚(太原理工大学机械工程学院，太原030024)TheNumericaISimuIationofCavitationBasedontheKFactorNozzleHANZhen-nan，LIUXiao-zheng，SUNZhi—gang(TaiyuanUniversityofTechn

2、ology，CollegeofMechanicalEngineering，Taiyuan030024，China)【摘要】建立了某喷油器流场的二维模型，利用混合多相流模型加空穴模型对整个几何模型区域的流场进行了数值模拟计算。基于这一模型定义了K系数，并分析了不同K系数对喷孔内空穴分布的影响。总结出了喷孔的扩张系数K对喷孔中空化流的影响变化规律并且得到了不同K系数对出口处质量流量和喷孔内气体总体积的影响。数值计算结果表明，在一定的K值范围内，K<0喷孔随着扩张程度的增大，空化现象加剧，而K>0喷孔

3、则抑制空化现象的产生。关键词：喷嘴；空穴流动；数值模拟；两相流；K系数【Abstract】A2Dmodelisestablishedtosimulatethefluidfieldinoltinjectorusingmixedmuhiphaseflowmodelcoupledwithcavitationmode1．Basedonthismodel，Kfactorisdefinedandtheeffectsofdifer-entKfactorsont．hedistributionofthecavit

4、ationinsidethenozzlealeanalyzed．Thevariationissl~mm．edupaboutthecavitationflow,theoutletmassflowandtotalgasvolumeofthenozzleholeunderdifferentKfac-tots．eresultsindicatethecavitationbecomesseriouswiththeexpansioncoefficientincreasing．butisn’tproducedi

5、nthecontractivenozzle．KeyWords：Nozzle；CavityFow；NumericalSimulation；Two-Phase；KFactor中图分类号：TH16文献标识码：A1引言0(p弓)(1)燃油喷雾雾化过程及质量的改进主要受到喷嘴内流动情况的影响，因此优化喷嘴内部流动对喷雾十分重要。而其中的空穴嗉弓)一砉+现象更是造成喷孔出口燃油雾化的一个重要原因，于是空穴现象成为近年来研究的一个热点。毒等+鲁)一2，0P．~6Jc2综合喷嘴喷孔发展的趋势131可以看到未来喷

6、孔工艺要求将式中：、一两相流体的平均速度合流体的压力和黏度；不断提高并表现在以下几个方面：(1)喷孔孔径越来越小。(2)喷80-Kronecker~5；p__I}昆△流体的密度。其中P和的计孔的制造精度要求越来越严。(3)带系数喷孔越来越广泛的得算公式为：到应用。喷孔内部的流动速度极高且紊乱，要观察和测量其内部p=(1，(1+a+0(3)(4)流场是极为困难的，因此对喷嘴内流动现象进行有限元模拟是一式中：Pl，“，—液相和气相的密度和黏度，都为常数；旷—气种有效的研究手段。近年来，大多数研究机构

7、把模拟目标放在了相体积分数。改变进出口压力、喷孔长度、长径比、喷孔过渡圆角等方面。对对于两相流中通过输运方程(5)得到的『句：喷嘴的K系数还研究甚少，就对基于K系数喷嘴内的空穴现象进行研究和探讨。砉(p，)+毒(P)=毒[，专](5)2数学模型和数值方法式中：，’_相间有效扩散系数；．s、5c—液相蒸发产生率和气相凝结率，它们可以根据Rayleigh—Plesset方程(6)计算得出。在FLUENT中，欧拉一欧拉多相流计算方法共有二种：表面跟踪法(VOF模型)，非表面跟踪法(多流体模型和连续流体

8、模型)。这里使用混合多相流体模型，适用于模拟有强烈相间耦合和各相同速运动的多相流，对于喷油嘴内的空穴湍流流动计算该模型是适用的。式中：、c—相变速率系数，它们是一对经验常数。C=O．02，=由于在模拟过程中温度变化不大，因此不考虑能量方程。在FLUENT中，对于一个流体微团，假设液相和气相之间无速度滑0．01。相表面张力；．i}一湍流动能；—液相密度；一移，混合多相流模型要对连续方程(1)和动量方程(2)分别求解。气相密度；p—液相的饱和蒸气压。★来稿日期：2012--01-30★基金项目：国家