多孔介质燃烧室内湍流流动及燃油喷雾的数值模拟

以多孔介质发动机为背景,用数值模拟方法考察气缸内加入多孔介质蓄热体后对燃烧室内湍流流场及混合气形成的影响.计算基于Antohe和Lage的适用于多孔介质的k-e模型,其中引入了Darcy项和Forchheimer项.对燃油喷雾在自由空间和多孔介质组成的燃烧室内的流场进行了数值计算.计算结果表明,多孔介质对燃油液滴与空气的混合过程具有重要的影响,多孔介质内的流场作为一个局部流场和整个燃烧室内流场发生相互作用.Darcy项和Forchheimer项均对湍能起阻尼作用,从而降低多孔介质内的湍能水平.这种阻尼作用随多孔介质渗透率的减小而增大.为检验数值模型的合理性,针对文献中的实验条件进行了相应的数值计算,计算结果与实验结果吻合良好.     

多孔介质发动机的双区燃烧模型

多孔介质(PM)发动机是基于多孔介质燃烧技术的新型发动机,能够实现均质和稳定燃烧。在考虑了区间质量分布、壁面传热、区间质量交换等因素的基础上,结合多孔介质换热模型,建立了多孔介质发动机的一种双区模型,对其燃烧过程进行模拟。着重讨论了进气温度和压强、压缩比、过量空气系数等参数对多孔介质发动机性能的影响。计算结果表明多孔介质对混合气的预热作用,促进了液体燃料汽化和燃烧反应发生,多孔介质初始温度对发动机的压燃着火起决定性作用。     

适用于内燃机的非线性三方程模型的一个新方案

提出了非线性三方程 k-ε- A2 湍流模型的一个新方案。此模型采用雷诺应力张量和应变张量的三阶相关关系 ,该关系式中出现的雷诺应力第二不变量 A2 是通过求解其输运方程得到的。用此模型对几种内燃机缸内的流场进行计算 ,结果表明此模型克服了各种涡粘度模型不能反映平顶活塞压缩上止点处各向异性的特点 ,此模型在定量和定性上较之 k-ε模型有较大的改进。     

空心喷雾油滴碰撞热多孔介质的数值研究

为加深对多孔介质发动机中均匀混合气形成的了解,用改进的KIVA-3V详细模拟了空心喷雾油滴碰撞热多孔介质的过程。在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型及空心喷雾的线性不稳定性液膜破碎(LISA)模型。油滴与热壁的碰撞模型和传热模型经检验证明了其合理性。在简化多孔介质结构的基础上,在不同的环境压力及喷雾锥角下,模拟了空心喷雾与热多孔介质的相互作用。计算结果表明:油雾在碰撞到热多孔介质后,发生分裂的油束和多孔介质区域的高温,促使油滴实现快速蒸发并为油蒸汽与空气充分混合创造了前提。不同的空间压力及喷雾锥角直接影响到油滴在多孔介质中的分布。     

泡沫陶瓷中燃油喷雾液滴蒸发混合的数值研究

将孔隙率0．85的泡沫陶瓷简化为由128个正方形格栅等间距排列构成的区域,在二维计算区域中,用反弹模型模拟液滴与泡沫陶瓷及边界壁面碰撞后液滴运动轨迹的变化．在不同的栅格壁面温度、喷雾锥角及燃料喷雾速度时,在常压及层流状态下,研究喷雾液滴在泡沫陶瓷中的蒸发特性．计算结果表明,泡沫陶瓷温度是决定燃油蒸发速率的关键因素;大喷雾锥角时,燃油蒸气分布较均匀;减小喷雾速度会使燃油蒸气分布不均匀．     

层流小火焰模型在柴油机湍流燃烧中的应用

将湍流燃烧的层流小火焰模型应用于典型的柴油机扩散燃烧过程.以混合分数为自变量,以标量耗散率为参数,建立相空间中的层流小火焰数据库.应用KIVA-3程序模拟内燃机缸内多维湍流流场,并补充求解混合分数的时均值和脉动均方值的湍流输运方程.将两部分结果通过Beta概率密度函数进行耦合积分,便可得到组分质量分数和温度等参数在柴油机工作过程中的时间、空间分布.对一台直喷式柴油机的湍流燃烧过程进行了模拟计算,所得结果符合实际.     

液体射流在旋转气流中的雾化机理研究

对旋转气流中的空心柱形液体射流的雾化过程进行了数值模拟。结果表明：Reynolds数Re、Weber数We、空心柱内部及外部气液密度比Q和Qh及喷嘴内半径与液膜厚度比Ah，在射流的雾化过程中均起不稳定性的作用；空心柱射流内部的气流旋转强度Ea在雾化过程中加强了自由面上的轴对称扰动和非轴对称扰动；空心柱射流外部的气流旋转强度Eb削弱了自由表面上的轴对称扰动强度，却加强了自由表面的非轴对称扰动。此外，Eb的增加，能大大增加扰动种类。     

柴油机排气微粒过滤器的一维流体动力学模型

提出了一个一维模型来模拟柴油机排气微粒过滤器内部的流体动力学行为。在一维流体动力学模型中，将排气微粒过滤器简化成内部设有压降元件的直管，简化的直管通过突变的截面与排气管连接，直管中间的压降元件是数学意义上的一个面，没有厚度，但具有实际过滤器的全部阻力。此模型能够反映过滤器内所发生的主要现象，如压力损失、温度变小、压力波的反向与传播。此模型被添加到ＭＫ－１４程序中后，能够精确预测发动机与管路系统之间的相互作用与相互影响。模型通过试验得到了验证。     

空隙率变化及填充床表面下沉对阴燃烧传播的影响

假定阴燃过程中，活性物，焦炭和灰三种物质的密度是恒定的，但它们各自占固体质量的份额随阴燃而改变，确定了阴燃过程固体颗粒的体积收缩速率及填充空隙率变化数学模型，对上方具有空气掠过的水平纤维质填充床，从点火到稳态传播的阴燃过程进行了模拟计算。计算结果表明，空隙率随阴燃过程增大，从而加快了阴燃传播速度，提高了其峰值温度，水平填充床表现上深所引起的固－固辐射换热在阴燃模拟计算中则可以忽略不计。     

4气门DISI汽油机缸内湍流场POD分析

应用本征正交分解(POD)方法对一台4气门直喷式汽油机(DISI)缸内冷态湍流流场试验测量数据以及大涡模拟计算数据进行了分析,以深入考察该汽油机缸内湍流场拟序结构特性以及湍流场循环变动特性.结果表明,POD方法可以将流场湍流涡团结构按照含能数量进行分解,大尺度拟序结构和小尺度随机脉动涡团可以被有效分离,为研究其各自的形成与演化特征创造了条件.考察各模态的时间系数在不同周期间的统计变化规律,可以了解流场湍流结构的循环变动特性.相比较使用传统相平均方法来研究汽油机循环变动,POD方法可以单独研究不同能量涡团结构的循环变动特点,为进一步深入理解循环变动特性奠定基础.