气流式雾化喷嘴的特性研究

论文摘要

燃油喷嘴喷雾混合的好坏直接影响其燃烧特性与排放特性，燃油喷射本身是一个动态过程，不仅受喷嘴结构形式和喷射压力的影响，还受燃烧室内压力、温度、气流运动等诸多因素的影响。 本文主要是利用专业CFD软件—Fluent对Y型燃油喷嘴的雾化特性进行数值模拟研究。综述了喷嘴的发展与雾化理论机理，讲述了CFD对于喷嘴数值模拟的相关知识；具体建立和选择了Y型喷嘴的几何模型和数学模型；确定喷嘴最佳的物理模型及相关的设定参数；对燃油雾化过程进行数值模拟并对得到的结果进行了相关分析。数值模拟主要对下面几个方面进行： (1)本文对雾化模拟的喷射方向、计算区域内的气液两相流场以及喷雾场进行了简单的分析。讨论了小油量情况下，喷嘴的喷射方向对雾化效果的影响，气相流速对计算区域内气液两相流场的扰动情况，以及喷嘴喷雾场的分布情况。 (2)从喷嘴的运行参数和结构参数两个方面对喷嘴的喷雾特性进行研究。运行参数方面主要包括气液两相压力、气液两相压力比及喷嘴出口压力；结构参数方面主要包括气孔直径、水孔直径及混合孔直径。分别讨论它们各自的变化对喷嘴喷雾特性的影响情况。模拟结果表明，它们对喷嘴的雾化效果有着各自的影响规律，但是喷嘴要达到很好的雾化质量，各参数之间必须达到一定的合理匹配。 (3)在喷嘴数值计算的基础上，对喷嘴出口下游截面的粒径分布以及喷嘴的气相流量特性进行了分析。喷嘴出口下游截面上粒子直径呈现轴对称的分布规律，并且粒子直径分布比较均匀；喷嘴的气相流量随着喷嘴气相压力、喷嘴结构的变化而不断的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 喷嘴的发展与研究现状
• 1.1.1 喷嘴的发展
• 1.1.2 喷嘴的实验及数值研究现状
• 1.2 喷嘴的喷雾特性
• 1.2.1 燃油喷雾场的结构及特性
• 1.2.2 喷嘴雾化颗粒的粒径表示方法及影响因素
• 1.3 商用CFD软件以及应用
• 1.4 本文的主要工作和研究内容
• 2 Y型喷嘴的几何及数学模型
• 2.1 本文所研究喷嘴的几何模型及网格划分
• 2.1.1 Y型喷嘴几何模型
• 2.1.2 网格划分（Gambit）
• 2.2 Y型喷嘴的数学模型
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 气相湍流及组分输运模型
• 2.2.3 液相雾化模型
• 2.3 方程的离散和离散格式
• 2.4 交错网格与SIMPLE算法
• 2.4.1 交错网格系统
• 2.4.2 离散方程的计算方法
• 2.5 冷态两相流场数值模拟过程的主要步骤
• 2.6 本章小结
• 3 Y型喷嘴的物理模型及基本参数设置
• 3.1 Y型喷嘴的物理模型
• 3.1.1 液滴碰撞模型
• 3.1.2 喷雾液滴破碎模型
• 3.1.3 动态曳力模型
• 3.1.4 离散相与连续相的耦合
• 3.2 Y型喷嘴数值计算基本参数设置
• 3.2.1 参数设置前的准备工作
• 3.2.2 网格单位的选择
• 3.2.3 选择求解器及其运行环境
• 3.2.4 确定计算模型
• 3.2.5 设置求解控制参数
• 3.3 本章小结
• 4 喷嘴数值计算的结果与分析
• 4.1 喷射方向的影响
• 4.2 计算区域中的流场以及喷雾场
• 4.2.1 单纯的气相流场
• 4.2.2 加入离散相后的气液两相流场
• 4.2.3 计算得到的喷雾场
• 4.3 运行参数对雾化效果的影响
• 4.3.1 液体压力对雾化粒径的影响
• 4.3.2 气体压力对雾化粒径的影响
• 4.3.3 气液压力比对雾化粒径的影响
• 4.3.4 喷嘴出口压力比对雾化粒径的影响
• 4.3.5 运行参数对雾化效果的影响小结
• 4.4 喷嘴结构对雾化效果的影响
• 4.4.1 气孔直径对雾化效果的影响
• 4.4.2 水孔直径对雾化效果的影响
• 4.4.3 混合孔直径对雾化效果的影响
• 4.4.4 喷嘴结构对雾化效果的影响小结
• 4.5 喷嘴雾化粒径的分布情况
• 4.5.1 喷嘴出口下游截面雾化粒径分布
• 4.5.2 喷嘴出口下游截面雾化粒径百分数分布
• 4.5.3 截面雾化粒径分布小结
• 4.6 喷嘴气相流量特性
• 4.6.1 入口压力对气相流量的影响
• 4.6.2 气孔直径对气相流量的影响
• 4.6.3 混合孔直径对气相流量的影响
• 4.6.4 喷嘴气相流量特性小结
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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