燃油噴霧碰壁和油膜運(yùn)動(dòng)及蒸發(fā)特性研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)中的噴霧碰壁過(guò)程，以及附壁油膜運(yùn)動(dòng)和蒸發(fā)等特性顯著影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放。本文以?xún)?nèi)燃機(jī)中的噴霧碰壁過(guò)程為研究背景，構(gòu)建了適用于內(nèi)燃機(jī)條件下的噴霧碰壁、油膜形成、油膜運(yùn)動(dòng)及蒸發(fā)和油膜分離等相關(guān)模型。主要工作如下:
　　(1)針對(duì)柴油預(yù)混沖量壓燃(PCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況建立了一個(gè)新的噴霧碰壁模型，該模型考慮了壁面干燥及濕潤(rùn)的情況:壁面干燥時(shí)碰壁機(jī)理包括沉積與飛濺;當(dāng)壁面上存在油膜時(shí)，碰壁機(jī)理包括附著、反彈、鋪展以及飛濺。干燥

2、壁面不同機(jī)理間的轉(zhuǎn)化臨界值考慮了壁面粗糙度的影響，且粗糙度的范圍包含了活塞壁面的典型值;對(duì)濕潤(rùn)壁面，不同碰壁機(jī)理間的轉(zhuǎn)化臨界值考慮了油膜厚度的影響。同時(shí)對(duì)飛濺產(chǎn)生二次液滴的特性進(jìn)行了升級(jí)。通過(guò)與大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，新模型比之前模型能更好地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，耦合了新模型的KIVA-3V程序用來(lái)預(yù)測(cè)一臺(tái)PCCI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與排放特性;同時(shí)研究了噴射時(shí)刻對(duì)于噴霧碰壁以及燃油/空氣混合過(guò)程的影響。
　　(2)根據(jù)噴霧碰壁的實(shí)驗(yàn)結(jié)

3、果建立了一個(gè)新的飛濺質(zhì)量比例經(jīng)驗(yàn)公式。通過(guò)與大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，結(jié)果顯示新公式可以較原有模型更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)油膜附壁量隨各種因素的變化趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上通過(guò)耦合新模型于KIVA-3V程序，在定容彈里系統(tǒng)地研究了在PCCI發(fā)動(dòng)機(jī)早噴工況下環(huán)境溫度和密度、噴孔直徑和噴射壓力、碰壁距離以及燃油噴射量對(duì)油膜附壁量的影響。最后根據(jù)量綱分析以及冪次律尺度方法，分別在常溫以及高溫條件下建立了油膜附壁量的無(wú)量綱預(yù)測(cè)公式。
　　(3)建立了一個(gè)改進(jìn)的基

4、于拉格朗日型的油膜運(yùn)動(dòng)、傳熱和蒸發(fā)模型。在油膜運(yùn)動(dòng)方面，改進(jìn)的模型采用了一個(gè)分布均勻的動(dòng)量源項(xiàng)來(lái)描述液滴/油膜間的相互作用;同時(shí)考慮了沉積液滴由于變形而產(chǎn)生的粘性耗散對(duì)油膜運(yùn)動(dòng)的影響。在傳熱蒸發(fā)方面，考慮了變密度湍流流動(dòng)對(duì)于氣體/壁面間傳熱的影響，并通過(guò)傳熱傳質(zhì)的類(lèi)比來(lái)考慮劉易斯數(shù)的變化對(duì)于傳質(zhì)系數(shù)的影響。結(jié)果顯示，改進(jìn)的模型較原有模型可以更好地預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)似工況下噴霧碰壁過(guò)程中油膜的運(yùn)動(dòng)、傳熱和蒸發(fā)特性。
　　(4)對(duì)噴霧碰壁過(guò)

5、程中附壁油膜在拐角處分離破碎特性進(jìn)行數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)方面的研究。首先建立了一個(gè)新的油膜分離破碎模型。同時(shí)，為了驗(yàn)證新模型以及深入地理解噴霧碰壁過(guò)程中附壁油膜在拐角處分離及破碎特性，實(shí)驗(yàn)探索了噴射壓力、碰壁距離和拐角角度對(duì)于碰壁噴霧演變過(guò)程和拐角后油膜運(yùn)動(dòng)特性的影響，并測(cè)量了破碎產(chǎn)生的分離液滴的粒徑分布特性。此外，將新的油膜分離破碎模型加入到KIVA-3V中，并通過(guò)與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比來(lái)檢測(cè)新模型的準(zhǔn)確性，并與之前經(jīng)典模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了

6、比較。結(jié)果表明，新提出的新模型可以更為準(zhǔn)確地再現(xiàn)各種工況下噴霧碰壁過(guò)程中油膜在拐角處的分離及破碎特性。
　　(5)建立了一個(gè)改進(jìn)的離散多組分準(zhǔn)維油膜蒸發(fā)模型。改進(jìn)的模型包括三個(gè)子模型:液相、氣相以及氣液平衡相。液相子模型采用了一個(gè)高次多項(xiàng)式來(lái)描述液相內(nèi)的溫度以及組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布;氣相子模型通過(guò)采用Chilton-Colburn類(lèi)比來(lái)考慮劉易斯數(shù)的變化對(duì)于傳質(zhì)系數(shù)的影響;氣液平衡相則考慮真實(shí)氣體行為對(duì)于氣液平衡相的影響。首先系統(tǒng)探索