燃油喷射2次雾化模型

本主要研究燃油喷入气体中的雾化过程。在假设雾化是由于气液之间气动相互作用导致液体射流表面不稳定波增长并最终导致细小液滴形成的基础上，把燃油雾化过程分为两个阶段：１次雾化和２次雾化。前只发生在气液交界面上，主要由不稳定波增长和破碎所引起；后则发生在气液渗混区，受１次雾化后形成的液滴在气体中进一步破碎和聚合控制。章最后分析了某些参数对雾化的影响，并把计算得到的喷雾贯穿距离和ＳＭＤ同实验进行了比     

针阀导向面直径对喷油器宏观特性的影响

在喷射压力一定的情况下,燃油的雾化质量及油注的形态在很大程度上就取决于喷油器内各部件的结构尺寸以及特性参数.文中选取针阀导向面直径作为结构特性参数,分析其对喷油器宏观特性的影响.发现减小针阀导向面直径时:主喷射期内可以减小针阀的波动、消除二次喷射,有利于喷射过程的稳定;基本不影响油束形态和分布情况,还有效降低了油滴的索特平均直径,提高了燃油雾化质量.因此,适当减小针阀导向面直径,可以提高喷油器的整体性能.     

生物质燃油雾化喷吹特性试验研究

采用高速摄像机,研究了几种常见生物质燃油的雾化特性,分别对雾化锥角、索特平均直径(SMD)、液滴速度以及雾化液滴的尺寸数目分布进行了研究。结果表明,生物质燃油的雾化锥角随压力增大而增大,三种生物原油相比,地沟油的雾化锥角最大;生物柴油相比小桐子油生物柴油的雾化锥角最大。索特平均直径(SMD)随压力的增大而减小且具有一定的线性关系;雾化液滴在轴向上方的速度较大,而在轴向下方的液滴速度较小;地沟油中小液滴数目较多,使得其分布曲线峰值较高。三种生物柴油的粒径尺寸分布趋势一致,小桐子油生物柴油小尺寸液滴数目更多一些。     

柴油雾化特性的定量研究

采用激光衍射技术对不同启喷压力和孔径喷嘴的燃油雾化情况进行了定量研究,并对相关粒径分布进行了分析,给出了两者对燃油雾化各项指标的影响程度。结果表明,燃油雾化后,油滴的尺寸数目和体积分布曲线都呈双峰趋。启喷压力的提高和喷孔直径的减小都能促使雾化质量变好,索特平均直径D32降低,但降低的幅度并不相同。     

船用增压锅炉旋流蒸汽机械喷油器的雾化特性

采用LPI-3衍射式激光粒子测径仪与LE-3雾化角测量仪对船用旋流蒸汽机械雾化喷油器进行了试验研究,得到了雾化油滴索特平均直径及喷油量与压力的变化关系;利用Realizable k-ε模型模拟气体湍流流动,随机轨道模型模拟液滴运动;并用LISA模型和TAB模型模拟液滴变形和破碎,对旋流蒸汽机械雾化喷油器的雾化过程进行了数值模拟,分析了喷油器内雾化空气和油质量流量对雾化特性的影响,模拟的结果与试验结果吻合得较好。研究表明,在喷油压力高于1.1MPa时,喷油器特性符合机械雾化喷嘴的一般规律,但当喷油压力较低时,雾化规律相反,喷油压力越低,雾化粒度越细。由此表明,旋流蒸汽机械雾化喷油器可以极大地改善低工况雾化质量,具有较大的调节比,气耗量也优于常见的气动雾化喷油器。     

LPG溶入柴油的喷射雾化特性研究

在燃油溶气雾化原理的基础上，利用数码照相机拍摄了LPG溶入柴油的喷雾空间形态，计算和分析了喷雾液滴的平均直径、尺寸分布以及液滴尺寸累积体积分布的特征直径和发散度。结果表明，LPG混入柴油，喷雾角增大，油粒细小均匀，燃料的雾化质量明显改善，在较低的喷射压力下可以获得理想的雾化效果，从而改善柴油机的烟度排放。     

利用激光技术研究液态燃料燃烧器的雾化及其流场特性

燃烧技术关键之一是必须有良好的燃烧器,而液态燃料燃烧器的优劣取决于雾化效果及其流场分布特性.由于液滴表面积与滴径成反比,例如1cm~3的燃油雾化成平均直径为1m/m时,表面积为60cm~2,当雾化成平均滴径为50μ时,则表面积约增至1200cm~2,表面积增大的结果是使燃烧速度迅速提高并使燃烧效率递增.但是鉴于雾化过程非常复杂,即使单相液滴的雾化尚未建立起系统的理论,只有半经验阐述.     

基于鼓泡-引射耦合的柴油初次雾化

针对斯特林发动机小负荷燃油雾化不良问题,提出了基于鼓泡-引射耦合的雾化方式．基于VOF(Volume of Fluid)仿真研究了鼓泡喷嘴内气液流态,并依据时间线性稳定性分析,对射流液膜失稳和破碎进行数学描述,建立了鼓泡-引射耦合下的初次雾化模型．分析了气液质量比R_GL(gas-liquid mass ratio)、负荷对初次雾化的影响,并与传统雾化方式比较．结果表明：增大R_GL会促进射流失稳、减小液滴粒径．相较于传统雾化方式,鼓泡-引射耦合下小负荷索特平均直径SMD减小约62%,雾化质量显著提高．     

一种改进的直喷汽油机涡旋喷油器油束模型

根据燃油薄膜模型和表面波破碎理论，在KIVA3程序的基础上建立了适合于计算缸内直喷汽油机高压涡旋喷油器油束特性的模型。对原模型进行了改进和简化，并加入了初始喷雾的计算模块。采用该模型可以计算出油束特性的主要参数，包括主喷雾和初始喷雾的贯穿度、油束索特平均直径(SMD)等，并应用此模型计算了高压涡旋喷油器在两种不同工况下的油束外形结构和油束特性参数。模拟计算结果表明，经过改进的油束模型可以准确地计算出燃油薄膜参数(包括薄膜厚度和速度)；通过引入初始喷雾，使喷雾外形和索特平均直径的模拟计算结果与试验结果更加吻合。     

直喷式柴油机燃油喷射终止后雾场滴径分布的测量研究

采用Ｍａｌｖｅｒｎ粒子分析仪在较大的喷射压力范围内对喷射终止后油束内部的燃油滴径分布规律进行了测量研究。研究发现,在喷油结束后油束尾部存在着由滴径很大的油滴群所组成的浓燃油区,其索特平均直径均大于喷油持续期内喷出的燃油。这部分燃油混合的相当缓慢,在本试验范围内,其完全消失的时间均在２ｍｓ以上,可以认为停喷以后油束尾部燃油的混合方式主要受油滴的蒸发和扩散所控制,而油束前端混合主要受卷吸所控制。     

Microscopic characterization of spray impingement under flash boiling conditions

The microscopic characteristics and dynamics of real spray impingement were studied by employing long distance microscope and ultrahigh speed camera. The effects of flash boiling on the impact process were investigated, and the macroscopic impingement characteristics were also probed to find the development of fuel concentration and its distribution. It was found that the existence of fuel film weakened the impingement process and breakup of the secondary droplets, especially for the late stage of injection when the droplet velocities were low. The increase of flash boiling strength boosted the impact process and the breakup of the secondary droplets essentially by improving the primary breakup and secondary breakup before impact. The fuel film was also reduced by approximately 75% through better dispersion, quicker evaporation and less deposited fuel. In addition, strong flash boiling decreased the impinged fuel area and the propagation length. The proportion of high fuel concentration on the impact surface was also reduced by the increasing strength of flash boiling. The increase of flash boiling by increasing fuel temperature is believed to be an effective and practical way to alleviate the adverse effects of impingement.     

涡流室式柴油机油滴破碎和喷雾碰壁的三维数值模拟

根据不稳定性理论,将燃烧室中油滴破碎过程分为ＫＨ不稳定破碎和ＲＴ不稳定破碎;根据Ｗｅｂｅｒ数将喷雾碰壁过程分为粘附、反弹粘附和飞溅附壁射流３ 种模式,建立了油滴破碎和喷雾碰壁的数学模型。根据油滴破碎模型计算所得的喷雾贯穿距离和ＳＭＤ值同试验结果相一致,喷雾碰壁模型计算所得的油滴位置图形与高速摄影结果相一致。将已被试验验证后的模型应用于涡流室式柴油机中, 计算了涡流室内喷雾的发展过程,计算结果与高速摄影结果吻合良好。     

柴油机燃油喷射雾化的PIV测量试验研究

介绍了先进的粒子图像测速技术(PIV)应用于燃油喷雾过程的试验研究结果，燃油通过多种孔径的单孔和多孔喷油嘴喷入一个定容压力室内，采用高分辨率的CCD摄像机记录整个喷射过程，可以观察到喷雾场内部结构．结果分析显示，高速射流表面存在不稳定扰动波，在气动力作用下，液滴发生分裂破碎，呈现枝状分离表面．瞬态速度矢量图显示，气液界面处存在大尺度的卷吸涡流运动，有助于油气扩散混合。     

直喷汽油机多孔喷油器喷油过程的数值模拟

针对直喷汽油机多孔喷油器的喷油过程,基于通用计算流体力学三维数值模拟软件Star-CD,建立了一种燃油复合破碎模型.其中,一次雾化采用Huh-Gosman模型与KH模型竞争的方法进行模拟;分裂长度之后的二次破碎采用RT模型与一次雾化机理竞争的方法进行模拟.应用该模型,对定容弹内多孔喷油器在不同喷射压力和背压下的喷油过程进行了研究.结果表明,在喷油初期以及喷口附近,喷口内部产生的湍流对燃油雾化破碎起主导作用,此后喷口湍流的作用逐渐被气动力因素所取代.在喷射压力一定时,背压越大,以破碎液滴数计量的破碎强度越低,由气动力诱发的破碎出现越早、强度越高.在背压一定时,喷射压力越高,以破碎液滴数计量的破碎强度越高,强度的增加程度与喷油时的背压有关,由气动力诱发的破碎也随喷射压力的提高出现得更早、强度更高.     

Liquid jet in a subsonic gaseous crossflow: Recent progress and remaining challenges

This article reviews published literature on the characteristics of a liquid jet injected transversally into a subsonic gaseous crossflow. The review covers the following aspects: (і) liquid jet primary breakup regimes, (іі) liquid jet trajectory and penetration, (ііі) liquid jet breakup length, and (іv) droplets features and formation mechanisms. The focus is on analyzing the role of different prominent parameters which include gaseous and liquid properties, and liquid injector geometry. The review revealed that gas Weber number plays a crucial role in defining non-turbulent primary breakup regimes, while liquid jet Weber number is of great importance for the transition to turbulent primary breakup. Jet-to-crossflow momentum flux ratio is the most important parameter for predicting the trajectory, penetration, and breakup length of a liquid jet in a crossflow. The characteristics of droplets disintegrated during the primary breakup are mostly influenced by the nozzle exit conditions, whereas the characteristics of droplets produced via the secondary breakup are strongly dependent on the velocity of cross airflow. Although the review revealed that substantial progress has been made in understanding this complex two-phase flow phenomenon, there still remain several shortcomings which require further research.     

基于欧拉多流体模型对喷嘴内流和射流破碎的研究

在Open FOAM的框架下,采用多流体模型和大涡模拟方法研究不同背压对喷嘴内流和射流破碎的影响.利用已修正的空化模型考虑了空化现象,利用界面压缩法对两相界面进行捕捉,进而分析燃油的一次破碎过程.结果表明:降低背压有利于喷嘴内部空化的形成与发展,但会导致喷嘴喉部有效流通面积减小,流动阻力增加,质量流量降低.射流破碎中气/液相界面处气/液两相存在很大的速度差,导致产生很强的阻力,大大促进了一次破碎过程中主喷雾区和蘑菇头的破碎.背压越高,空气密度越大,则燃油受到的阻力越大,液柱破碎越剧烈且射流破碎角越大.因此,同时提高喷射压力和背压可以促进燃油与空气的混合,也可以有效抑制空化来避免空蚀现象以及流量系数降低,从而延长喷嘴的使用寿命.     

亚网格湍动能及湍流弥散效应对燃油喷雾特性的影响

采用大涡模拟方法和不同的雾化模型对定容弹中燃油喷射和雾化过程进行数值分析.着重探讨亚网格尺度湍动能,特别是燃油喷雾所诱导的亚网格湍能源项对液滴运动和喷雾特性的影响,并进一步探讨了亚网格气相湍动能对液滴弥散速度乃至喷雾场的影响.通过对不同的工况条件的模拟计算对喷雾的影响因素进行了讨论并与相关的实验进行了比较.计算结果表明,KH-RT破碎模型要优于MTAB模型,湍流弥散效应和亚网格湍动能喷雾源项对燃油喷雾有着重要的影响,其作用均是减少喷雾贯穿距,使模拟结果更接近于实验.其中,湍流弥散效应的影响更为显著.     

Numerical simulation of spray performance based on the Euler-Lagrange approach

Numerical simulations have been carried out to investigate the liquid atomization and spray process using the Discrete Phase Model of the commercial CFD code combined with the Wall-Film boundary conditions. The effects of spray parameters on droplets Sauter mean diameter (SMD), droplet collision speed, the thickness of liquid-film, the surface temperature and its uniformity were analyzed in the present study. The simulation results and the experimental data obtained in the available literature agree within 13.8%. The computational results show that the spray pressure is the main factor to realize the atomization. Increasing the mass flux and the spray pressure, the droplet collision speed increases while the corresponding maximum film thickness on the heated surface declines. The surface temperature changes indistinctively with the increase of the spray distance, but the temperature distribution tends to be uniform.