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高压环境下二甲基醚射流破碎模拟研究

作　者: 谭征宇
导　师: 刘会猛
学　校: 华中科技大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 二甲基醚(DME) 连续液滴模型(CDM) 射流破碎 VOF(volume of fluid)方式 空穴流动
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 56次
引　用: 3次
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内容摘要


二甲基醚是压燃式发动机的优质替代燃料。对于压燃式发动机其燃料喷射质量是影响混合气形成的决定性因素,喷雾破碎雾化质量的优劣直接影响到内燃机的燃烧性能,并进而决定了发动机的动力性、经济性及排放特性。因此,对二甲基醚喷射过程以及喷雾特性进行深入的研究将有助于深入了解二甲基醚燃烧机理,对优化二甲基醚发动机喷射系统和燃烧系统的参数,改善发动机燃用二甲基醚的性能有重要的理论意义和使用价值。本文在综合分析目前有关发动机燃油喷雾雾化机理和喷雾过程研究成果的基础上,应用连续液滴的处理方法,采用k-ε两方程湍流模型,建立了基于VOF多相流跟踪方式的喷雾破碎过程的数值模拟方法。经与试验结果比较,表明模拟结果吻合较好,验证了所建立模型的准确性。本文在前人对二甲基醚热物性参数试验和理论研究的基础上,编制二甲基醚的物性参数接口程序,对二甲基醚喷雾破碎过程开展了变参数分析研究,结果表明:增大环境背压、喷孔直径和启喷压力有利于提高喷雾的破碎质量。利用混合多相流体模型加空穴模型的方法,对圆柱喷孔内稳态二甲基醚流动进行了数值模拟。探讨了空穴产生的原因及对二甲基醚射流破碎的作用,研究表明喷孔内存在的低于二甲基醚饱和蒸汽压的压力是空穴产生的原因;湍流扰动、空气动力作用和空穴流动是引起二甲基醚高速射流破碎的主要原因。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-22
  1.1 代用燃料的研究  8-11
    1.1.1 研究的背景和意义  8-10
    1.1.2 二甲基醚理化性质  10-11
  1.2 燃油喷雾过程研究的意义  11
  1.3 燃油喷雾的国内外研究现状  11-20
    1.3.1 喷雾结构的研究  11-13
    1.3.2 雾化机理的研究  13-18
    1.3.3 喷雾模型研究  18-20
  1.4 本文的主要内容  20-22
2 数值模拟方法  22-45
  2.1 引言  22-23
  2.2 控制方程及离散方法  23-28
    2.2.1 控制方程  23-27
    2.2.2 方程离散方法  27-28
  2.3 湍流模型  28-36
    2.3.1 湍流的基本方程  28-30
    2.3.2 湍流的数值模拟方法  30-36
  2.4 多相流模型  36-42
    2.4.1 VOF 多相流模型原理  37-40
    2.4.2 混合(Mixture)多相流空穴模型原理  40-42
  2.5 计算网格  42-45
    2.5.1 网格类型  42
    2.5.2 网格单元分类  42-43
    2.5.3 单连域与多连域网格  43
    2.5.4 网格生成过程  43-45
3 初边值条件确定和模型验证  45-52
  3.1 初边值条件的确定  45-48
    3.1.1 设置求解器及其运行环境  45-46
    3.1.2 确定计算模型  46-47
    3.1.3 设定流动进出口条件  47-48
  3.2 二甲基醚物性参数计算  48-50
  3.3 模型验证  50-52
    3.3.1 燃料射流破碎模拟结果验证  50-51
    3.3.2 喷孔内空穴流动的实验对比  51-52
4 二甲基醚射流破碎模拟结果与分析  52-66
  4.1 二甲基醚射流破碎特性的研究  52-55
  4.2 不同工况条件对燃料射流破碎的影响  55-61
    4.2.1 模拟工况条件  55-56
    4.2.2 背压（环境密度）对二甲基醚射流破碎雾化的影响  56-57
    4.2.3 启喷压力对二甲基醚射流破碎雾化的影响  57-59
    4.2.4 喷孔直径对二甲基醚射流破碎雾化的影响  59-60
    4.2.5 二甲基醚与柴油射流破碎雾化的对比  60-61
  4.3 空穴流动对二甲基醚射流破碎的影响  61-66
    4.3.1 喷孔内的空穴流动  61-65
    4.3.2 空穴流动对二甲基醚射流破碎的影响  65-66
5 总结与展望  66-68
  5.1 全文总结  66-67
  5.2 工作展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 理论
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