跨临界/超临界射流的大涡模拟与分子动力学模拟研究

发布时间：2021-07-26 19:44

　　在全球化石能源日益枯竭与环境法规日趋严格的形式下,研发高效低污染的发动机至关重要。新概念发动机的提出和实现使高喷射压力、高增压、高背压等技术措施被广泛应用。而对于大多数烃类燃料的临界压力主要分布在1.5-3.0 MPa的范围内,内燃机的喷雾和雾化环境已接近或者超过燃油的临界点。因此有必要对内燃机气缸内燃油在跨临界及超临界状态下的喷射雾化和蒸发过程进行深入的研究与探索。本文应用大涡模拟和分子动力学模拟方法对跨临界/超临界射流,以及界面现象进行深入探讨,以期从宏观和微观上对超临界流体与周围流体的混合特性与规律获得比较深入的了解。本文主要开展的工作及结论如下:（1）对PISO算法做适当的修改,纳入真实流体状态方程和非常规的输运系数,使其适应于跨临界/超临界射流的研究,并用一维激波管以及二维喷管对其进行验证。计算表明,对算法的改进可以用于跨临界/超临界射流的模拟研究。之后对跨临界/超临界液氮射流进行雷诺平均模拟研究,重点考察了立方形PR与SRK状态方程和湍流模型对射流特性的影响。（2）运用大涡模拟方法对低温液氮射流进行数值模拟,主要研究了跨临界/超临界工况、伪临界点和环境压力对超临界射流的影响... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１环境压力对射流的影响［１９］（图中数字表示Ｐｒ＝Ｐ／Ｐｃ）??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｎ?ｊｅｔ［１９］?（?Ｐｒ＝Ｐ／Ｐｃ?）??

线（图〗．３）。当流体状态变化跨越Ｗｉｄｏｍ线时，其热物性和输运特性会发生急剧变化，??其等压比热达到最大值，而输运系数为最小。此时，超临界流体从类似于液体变为类似??于气体，此即所谓伪沸腾现象（如图１．４）。此时微小的温度改变都会引起射流特性的??很大变化。仅当压力远远超过临界压力时，伪沸腾现象才会消失。因此，即使同样喷入??超临界环境，跨临界／超临界喷射与高超临界喷射在射流动力特征与雾化特性方面也有??很大区别。伪临界温度即是指在超临界状态下，流体定压比热达到最大值时所对应的温??度。??－４?－??

?／?！?ｐｏｉｎｔ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??图１．２四类超临界射流示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｔｙｐｅｓ?ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ??１．２．３伪沸腾现象简介??伪沸腾（Ｐｓｅｕｄｏ－ｂｏｉｌｉｎｇ）是跨／超临界流体流动中一个特有的现象，虽然早己被发现，??但仅仅是近几年才引起学术界的重视。传统的观点认为当流体的热力学状态超过其临界??点后，液体与气体之间的区别不复存在，而成为均一的超临界流体，其密度接近液体而??输运性质类似气体。但新近的研究［１１，３３］表明，超临界流体状态并非均匀分布的，而是很??类似于亚临界状态，可以划分为两个不同的区域，即一个与液体相似的区域和一个与气??体相似的区域。这两个区域由亚临界的气液共存线的延长线为分界线，即所谓Ｗｉｄｏｍ??线（图〗．３）。当流体状态变化跨越Ｗｉｄｏｍ线时，其热物性和输运特性会发生急剧变化，??其等压比热达到最大值，而输运系数为最小。此时，超临界流体从类似于液体变为类似??于气体

【参考文献】：
期刊论文
[1]亚临界/超临界汽油喷雾特性[J]. 张淼,裴毅强,郑朝蕾,刘懿,张岩,刘冰.  内燃机学报. 2015(05)
[2]内燃机跨临界/超临界燃料喷雾混合过程的机理与模型[J]. 解茂昭.  燃烧科学与技术. 2014(01)
[3]状态方程对高温高压条件下燃料液滴蒸发计算的影响[J]. 李云清,王宏楠,王德福.  内燃机学报. 2009(04)
[4]汽液界面厚度和分维数[J]. 刘朝,张新铭,谭宁,曾丹苓.  工程热物理学报. 2004(04)
[5]汽液界面动力学行为与热力学性质的分子动力学研究[J]. 王遵敬,陈民,过增元.  工程热物理学报. 2001(01)
[6]Lennard-Jones 纯流体液汽界面的分子动力学模拟[J]. 梅东海,李以圭,陆九芳,陈健.  清华大学学报(自然科学版). 1998(06)



本文编号：3304237