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正十二烷喷雾火焰中碳烟的瞬态生成特性
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作者 玄铁民 史智钊 +2 位作者 商伟伟 何志霞 王谦 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期15-24,共10页
针对压燃式发动机中碳烟演化过程难以被实验准确捕捉的问题,研究了高温高压环境中正十二烷喷雾燃烧焰中碳烟瞬态生成特性及动力学行为,在实验方面,应用消光辐射联合技术以及燃烧成像测速技术,同步获得高温高压环境中单孔喷油器正十二烷... 针对压燃式发动机中碳烟演化过程难以被实验准确捕捉的问题,研究了高温高压环境中正十二烷喷雾燃烧焰中碳烟瞬态生成特性及动力学行为,在实验方面,应用消光辐射联合技术以及燃烧成像测速技术,同步获得高温高压环境中单孔喷油器正十二烷喷雾燃烧火焰中的碳烟体积分数、碳烟温度和碳烟速度场的瞬态分布;数值计算方面,基于OpenFOAM环境,发展欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量湍流燃烧模型的耦合模型,喷雾燃烧过程的数值计算结果与实验数据有高度的一致性。研究结果表明:相比于参考工况,低喷油压力工况火焰浮起长度更短,碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间更长,推动了碳烟的生成,碳烟峰值质量增加了80%;高温环境工况碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间没有明显差异,但更短的火焰浮起长度使得燃料在更高的当量比开始燃烧,导致其碳烟峰值质量增加了88%;富氧工况的燃烧温度最高,碳烟粒子运动速度增大,使得碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间明显减少,同时火焰内部当量比较小,因而碳烟峰值质量减少了42%。 展开更多
关键词 正十二烷 消光辐射联合技术 欧拉喷雾模型 碳烟瞬态生成特性
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甲醇/正辛醇/HCB混合燃料喷雾燃烧特性 被引量:4
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作者 玄铁民 孙中成 +3 位作者 米永刚 钟汶君 何志霞 王谦 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期216-224,共9页
基于定容燃烧弹系统,通过纹影法、OH*化学荧光法与背景光消光法及自然辐射光法两套同步光学诊断技术,针对3种不同甲醇添加比例的甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油,对比分析了不同环境温度、喷射压力下喷雾燃烧特性.结果表明:... 基于定容燃烧弹系统,通过纹影法、OH*化学荧光法与背景光消光法及自然辐射光法两套同步光学诊断技术,针对3种不同甲醇添加比例的甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油,对比分析了不同环境温度、喷射压力下喷雾燃烧特性.结果表明:3种燃油由于反应活性和含氧量的不同,在相同工况下着火延迟期和火焰浮起长度随甲醇比例的增大而增加,使得着火后的喷雾贯穿速度降低.通过对着火延迟期和火焰浮起长度经验公式的拟合,发现混合燃油的着火延迟期、火焰浮起长度与化学当量比的燃油混合分数呈正相关,而火焰浮起长度与燃油的十六烷值呈负相关.所有燃油的火焰浮起长度均小于液相长度,整个燃烧过程中均处于火包油状态,这使得燃烧促进了液相燃油的蒸发,导致着火后液相长度更短.纯生物柴油由于较短的火焰浮起长度和较高的反应活性,其燃烧导致的液相蒸发最为明显. 展开更多
关键词 甲醇 正辛醇 加氢催化生物柴油 着火延迟期 火焰浮起长度 液相长度
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喷油策略对柴油机燃烧噪声及排放影响的模拟研究 被引量:5
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作者 玄铁民 何志霞 +1 位作者 蒋兆晨 闫毅 《车用发动机》 北大核心 2012年第5期66-70,共5页
进行了通过优化高压共轨系统燃油喷射策略来改善缸内燃烧排放性能的研究,基于AVL Fire软件,针对1015柴油机开展了不同燃油喷射策略下的喷雾燃烧和排放的数值模拟,建立了数学模型并验证了模型的可靠性,分析了一次预喷的预喷时刻、预喷量... 进行了通过优化高压共轨系统燃油喷射策略来改善缸内燃烧排放性能的研究,基于AVL Fire软件,针对1015柴油机开展了不同燃油喷射策略下的喷雾燃烧和排放的数值模拟,建立了数学模型并验证了模型的可靠性,分析了一次预喷的预喷时刻、预喷量、主喷提前角对燃烧噪声及排放的影响,揭示了各参数对燃烧噪声和NOx及炭烟生成的影响机理,为进一步优化预喷方案提供了理论依据。 展开更多
关键词 柴油机 燃油喷射 控制策略 燃烧噪声 排放
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甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油单液滴蒸发与微爆特性研究 被引量:4
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作者 玄铁民 孙中成 +3 位作者 李文豪 王筱蓉 邵壮 何志霞 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期22-30,119,共10页
为了研究理化特性强烈互补的甲醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃料的单液滴蒸发微爆特性,本文针对纯加氢催化生物柴油M0以及两种不同甲醇体积比的三元混合燃油M15(15%甲醇、17%辛醇和68%HCB)和M25(25%甲醇、17%辛醇和58%HCB)在不同环境... 为了研究理化特性强烈互补的甲醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃料的单液滴蒸发微爆特性,本文针对纯加氢催化生物柴油M0以及两种不同甲醇体积比的三元混合燃油M15(15%甲醇、17%辛醇和68%HCB)和M25(25%甲醇、17%辛醇和58%HCB)在不同环境温度下进行了详细的试验研究。首先,通过微观几何形态和热重试验对混合燃油的理化属性进行了分析。然后,在一个恒温加热炉中采用挂滴法结合高速显微成像技术,获得了液滴在蒸发过程中的形态、平方直径和气泡比等蒸发特性。研究得出:随着甲醇含量增加,混合燃油中分散相液滴粒径增大、数目增多,蒸发速率加快;随着甲醇比例的增加,混合燃油液滴内部出现更加剧烈的醇相气泡膨胀并发生微爆现象,且微爆后喷射出的子液滴粒径大大提高,显著缩短了母液滴的寿命;随着环境温度的增加,微爆频率增加,更显著地加快了液滴的蒸发速率。本文结果将对甲醇/HCB混合燃料喷雾燃烧特性以及该混合燃料的发动机适用性研究提供理论参考。 展开更多
关键词 甲醇 加氢催化生物柴油 液滴 蒸发 微爆
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空气滤清器的空气动力学仿真及优化 被引量:18
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作者 何志霞 蒋兆晨 +2 位作者 王硕 王谦 玄铁民 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期1179-1184,共6页
采用多孔介质模型,针对某空气滤清器及其管道的空气动力学特性开展数值模拟,分析空气滤清器及其管道的流动阻力损失和空气滤清器滤芯流动均匀性,并进一步研究采用插入管结构、内置挡板结构后的流动特性。研究结果表明:采用进气插入管结... 采用多孔介质模型,针对某空气滤清器及其管道的空气动力学特性开展数值模拟,分析空气滤清器及其管道的流动阻力损失和空气滤清器滤芯流动均匀性,并进一步研究采用插入管结构、内置挡板结构后的流动特性。研究结果表明:采用进气插入管结构有效地降低流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性,随着插入管长度的增加,流动均匀性呈现降低的趋势;采用挡板结构提高流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性。进气插入管入口采用斜截面结构流动阻力略有增加,但可以有效地提高滤芯流动均匀性。 展开更多
关键词 空气滤清器 多孔介质 数值模拟 结构优化
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基于空穴初生的柴油机喷孔内部流动 被引量:4
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作者 何志霞 黄云龙 +1 位作者 钟汶君 玄铁民 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS 北大核心 2011年第6期672-677,共6页
为揭示喷油嘴内空穴流动机理,设计可视化试验装置,观察了喷孔内空穴流动.采用混合多相流模型、空穴模型、标准k-ε方程模拟了气液两相的空穴流动.分析了不同喷油压力、气核体积分数、液体黏性、壁面物性、表面张力对空穴流动的影响.结... 为揭示喷油嘴内空穴流动机理,设计可视化试验装置,观察了喷孔内空穴流动.采用混合多相流模型、空穴模型、标准k-ε方程模拟了气液两相的空穴流动.分析了不同喷油压力、气核体积分数、液体黏性、壁面物性、表面张力对空穴流动的影响.结果表明:随着入口压力的增加,空穴初生逐渐发展为超空穴;当空穴参数小于临界空穴参数时,流量系数随空穴参数的增大而增大;当空穴参数大于临界空穴参数时,流量系数变化很小,不再出现空穴现象;流动介质的气核体积分数越大,空穴现象越明显,并随着进口压力的增加,这种影响越强烈,而对应的临界空穴压力越小;流动介质的黏性大小对空穴的发展有一定的限制作用,黏度越大空穴初生所需临界空穴压力越大;壁面物性和表面张力对空穴现象影响不大. 展开更多
关键词 柴油机 喷油嘴 空穴 可视化流动 数值模拟
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加氢催化生物柴油-柴油的喷雾燃烧特性 被引量:7
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作者 米永刚 玄铁民 +3 位作者 何志霞 卢鹏 钟汶君 王谦 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期314-319,共6页
基于装配有单孔喷油器的高温高压定容燃烧弹系统,研究了一种混合燃油(柴油质量分数为80%,加氢催化生物柴油质量分数为20%)的喷雾燃烧特性.此外,针对纯柴油也进行了相同的试验以作为对比.试验采用高速纹影图像技术和OH^(*)化学荧光法两... 基于装配有单孔喷油器的高温高压定容燃烧弹系统,研究了一种混合燃油(柴油质量分数为80%,加氢催化生物柴油质量分数为20%)的喷雾燃烧特性.此外,针对纯柴油也进行了相同的试验以作为对比.试验采用高速纹影图像技术和OH^(*)化学荧光法两种光学技术同步测量了着火延迟期(ID)和火焰浮起长度(LOL)等参数,通过纹影图像得到了喷雾演化过程以及喷雾贯穿速度.结果表明:混合燃油的ID和LOL均小于纯柴油,这是因为混合燃油有更高的十六烷值;由于燃烧引起局部密度下降,燃烧喷雾的喷雾贯穿速度大于未燃烧喷雾;由于混合燃油具有更高的低热值,混合燃油的喷雾贯穿速度在准稳态阶段高于纯柴油. 展开更多
关键词 生物柴油 着火延迟期 喷雾贯穿速度 准稳态
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喷孔形状对柴油喷雾燃烧及碳烟特性的影响 被引量:6
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作者 孙中成 卢鹏 +1 位作者 玄铁民 何志霞 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期201-208,共8页
基于定压燃烧弹系统,通过纹影法和碳烟辐射光法的同步光学诊断技术,针对圆柱形和渐缩形两种形状的单孔喷油器,对比分析了两种喷孔在不同环境温度、喷射压力的工况下喷雾燃烧及碳烟生成特性.结果表明:两种喷孔形状在不同环境温度和喷射... 基于定压燃烧弹系统,通过纹影法和碳烟辐射光法的同步光学诊断技术,针对圆柱形和渐缩形两种形状的单孔喷油器,对比分析了两种喷孔在不同环境温度、喷射压力的工况下喷雾燃烧及碳烟生成特性.结果表明:两种喷孔形状在不同环境温度和喷射压力下,喷孔形状对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响较为微弱,由于圆柱形喷孔内部的空化作用,在喷嘴出口处湍流动能增加,致使圆柱形喷孔喷雾锥角较大,喷雾贯穿距较小;由于相对较低的喷油速率,圆柱形喷孔的火焰浮起长度略短;通过碳烟辐射强度分析可以看出,喷孔形状对碳烟的生成产生显著影响,圆柱形喷孔的碳烟初始位置距离喷嘴更远,其由于易产生空化效应,能改善燃油与空气混合,降低火焰中碳烟的生成. 展开更多
关键词 柴油 喷孔形状 光学测试 火焰浮起长度 碳烟辐射强度
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汽油/加氢催化生物柴油发动机的燃烧特性 被引量:1
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作者 冷先银 李明强 +5 位作者 何志霞 张延志 钟汶君 玄铁民 段炼 王平 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1196-1202,共7页
为探索分段喷油策略对汽油/加氢催化生物柴油发动机燃烧特性的影响,本文采用计算流体动力学程序对其缸内燃烧过程进行数值模拟。分别探讨了预喷射定时、主喷射定时和预喷射燃油质量比等喷射策略特性参数对发动机额定工况下燃烧和NOx排... 为探索分段喷油策略对汽油/加氢催化生物柴油发动机燃烧特性的影响,本文采用计算流体动力学程序对其缸内燃烧过程进行数值模拟。分别探讨了预喷射定时、主喷射定时和预喷射燃油质量比等喷射策略特性参数对发动机额定工况下燃烧和NOx排放的影响,计算时采用的汽油/加氢催化生物柴油质量比为70%∶30%。结果表明:相比单次喷射,采用分段喷射方式能使最高压力升高率明显下降,从而改善发动机高负荷运行下的燃烧粗暴问题;提前预喷射定时使得预混合燃烧阶段的放热速率下降,但过早的预喷射会导致HC排放升高;降低预喷射质量比和延迟主喷射定时,缸内预混合燃烧放热率、最高压力升高率和NOx排放有所下降,但是燃油经济性会有所恶化。综合考虑喷射策略对发动机性能和排放的影响,预/主喷射定时和预喷射质量比分别设定为-60°CA^-20°CA ATDC、-10°CA^-6°CA ATDC和5%~15%较为适宜。 展开更多
关键词 发动机 汽油 加氢催化生物柴油 压燃 分段喷射策略 燃烧特性 NOx排放
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耦合欧拉喷雾模型/火焰面燃烧模型的模拟
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作者 商伟伟 何志霞 +2 位作者 玄铁民 曹嘉伟 García-Oliver J M 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期531-538,共8页
基于ECN标准Spray A工况的试验数据,在开源计算流体软件OpenFOAM的雷诺时均(RANS)方法下耦合欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量(UFPV)燃烧模型,对非燃烧和燃烧工况下的正十二烷喷射雾化与湍流燃烧过程建模,并分析了正十二烷5种不同骨... 基于ECN标准Spray A工况的试验数据,在开源计算流体软件OpenFOAM的雷诺时均(RANS)方法下耦合欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量(UFPV)燃烧模型,对非燃烧和燃烧工况下的正十二烷喷射雾化与湍流燃烧过程建模,并分析了正十二烷5种不同骨架化学反应机理的计算结果.结果表明:耦合模型能够准确预测喷雾浓度场和速度场的空间分布以及准稳态时刻的火焰结构;滞燃期、火焰浮起长度和碳烟前驱物的预测对化学反应机理非常敏感. 展开更多
关键词 正十二烷 喷雾模型 非稳态火焰面模型 化学反应机理
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柴油燃烧火焰中碳烟生成的特性试验 被引量:7
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作者 曹嘉伟 何志霞 +3 位作者 玄铁民 王谦 钟汶君 李达 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期516-522,共7页
基于装配单孔喷嘴孔径为0.18,mm的定容燃烧弹系统,采用脉冲LED二维消光法,以国Ⅴ的0号柴油为研究对象,对其在给定工况下喷雾燃烧火焰中形成的碳烟进行了定量测试,同时采用增强器电荷耦合相机同步测量了火焰浮起长度.试验过程中,保持定... 基于装配单孔喷嘴孔径为0.18,mm的定容燃烧弹系统,采用脉冲LED二维消光法,以国Ⅴ的0号柴油为研究对象,对其在给定工况下喷雾燃烧火焰中形成的碳烟进行了定量测试,同时采用增强器电荷耦合相机同步测量了火焰浮起长度.试验过程中,保持定容燃烧弹内气体密度恒为20,kg/m3,研究了不同喷油压力、氧体积分数和环境温度对碳烟分布、初始形成时刻的影响,结果表明:采用的二维消光法对国Ⅴ柴油有较好的适用性;国Ⅴ柴油喷雾燃烧中碳烟的KL值、生成的初始时刻随着喷油压力升高而降低,随着氧体积分数升高而升高,随着环境温度的升高而升高. 展开更多
关键词 定容燃烧弹 二维消光法 碳烟
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定容弹内柴油/丁醇混合燃料燃烧特性研究 被引量:1
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作者 李文豪 玄铁民 +2 位作者 何志霞 王谦 李卫 《哈尔滨工程大学学报(英文版)》 CSCD 2023年第4期850-860,共11页
In this paper,the spray and combustion characteristics of diesel/butanol-blended fuels were studied within a high-temperature and high-pressure constant volume chamber equipped with a single-hole injector.Two blends w... In this paper,the spray and combustion characteristics of diesel/butanol-blended fuels were studied within a high-temperature and high-pressure constant volume chamber equipped with a single-hole injector.Two blends with 80%diesel/20%butanol and 60%diesel/40%butanol mixed by volume were tested in this study.The pure diesel B0 was also tested here as a reference.The spray penetration,flame lift-off length,and soot optical thickness were obtained through high-speed schlieren imaging,OH*chemiluminescence,and diffused back-illumination extinction imaging technique,respectively.The thermogravimetric curves of different fuels were obtained through a thermogravimetric analyzer.The results showed that butanol/diesel blends presented a longer ignition delay(ID)and flame lift-off length compared with pure diesel,and such finding was mainly caused by the lower cetane number and higher latent heat of vaporization of n-butanol.With the increase in the n-butanol ratio,soot production in the combustion process decreased significantly.Given the shorter ID period,the soot distribution of pure diesel reached a steady state earlier than the blends. 展开更多
关键词 Diesel/Butanol blend Optical diagnosis Thermogravimetric analysis Spray characteristic Soot formation
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柴油两段喷射碳烟生成的光学测试研究 被引量:1
13
作者 何志霞 卢鹏 +3 位作者 玄铁民 曹嘉伟 王谦 钟汶君 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2162-2168,共7页
本文基于高温高压定容燃烧弹系统,以孔径为0.12 mm的单孔喷油器为研究对象,采用扩散背景光消光法测量国V 0号柴油两段喷射火焰中的碳烟生成特性。试验过程中,研究了不同背压、环境温度和喷油时间间隔对碳烟生成的初始时刻和KL值时空特... 本文基于高温高压定容燃烧弹系统,以孔径为0.12 mm的单孔喷油器为研究对象,采用扩散背景光消光法测量国V 0号柴油两段喷射火焰中的碳烟生成特性。试验过程中,研究了不同背压、环境温度和喷油时间间隔对碳烟生成的初始时刻和KL值时空特性分布的影响。研究发现:第一次油束对第二次的碳烟生成初始时刻的影响随着环境背压的增加和环境温度的提高而减弱,而随着喷油间隔的增加展现了先减小后增大的趋势。第二次喷油火焰中碳烟的初始生成时刻在喷油间隔383 μs时最短。两次喷油火焰中的碳烟在喷雾轴线上的KL值随着背压和环境温度的升高而升高。喷油间隔并未对第二次喷油稳定火焰的KL峰值产生明显影响。 展开更多
关键词 定容燃烧弹 背景消光法 两段喷射 碳烟
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壁面作用下的柴油喷雾燃烧特性
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作者 王雨涛 米永刚 +3 位作者 玄铁民 钟汶君 何志霞 王谦 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2043-2050,共8页
基于高温、高压定容燃烧弹可视化试验台,分别采用纹影法、OH^(*)化学荧光法、扩散背景光消光法等光学测试技术对不同壁面条件的喷雾射流火焰碰壁燃烧过程开展光学诊断测试,研究不同壁面距离和壁面温度对壁面火焰传播特性和碳烟生成特性... 基于高温、高压定容燃烧弹可视化试验台,分别采用纹影法、OH^(*)化学荧光法、扩散背景光消光法等光学测试技术对不同壁面条件的喷雾射流火焰碰壁燃烧过程开展光学诊断测试,研究不同壁面距离和壁面温度对壁面火焰传播特性和碳烟生成特性的影响机理。结果表明:实验工况下,壁面温度相比较壁面距离对着火延迟期的影响更为显著,壁面温度的升高使得着火延迟期、火焰浮起长度减小。短碰壁距离时碳烟在壁面上厚度更厚,稳态火焰时总碳烟生成比长碰壁距离的更多。未冷却壁面较高的温度降低了着火延迟和火焰浮起长度,碳烟生成量增大。 展开更多
关键词 喷雾碰壁 壁面距离 壁面温度 着火延迟期 碳烟
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基于欧拉喷雾与火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型的PRF燃料喷雾燃烧模拟研究
15
作者 商伟伟 何志霞 +1 位作者 玄铁民 García-Oliver JM 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1726-1735,共10页
在开源计算流体软件OpenFOAM环境下,将基于欧拉方法的Σ-Y喷雾模型与非稳态火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型相耦合,发展用于高温高压环境中液体燃料喷雾湍流燃烧高精度计算模型,分别对非燃烧和燃烧工况下的五种典型参比燃料(Primary Re... 在开源计算流体软件OpenFOAM环境下,将基于欧拉方法的Σ-Y喷雾模型与非稳态火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型相耦合,发展用于高温高压环境中液体燃料喷雾湍流燃烧高精度计算模型,分别对非燃烧和燃烧工况下的五种典型参比燃料(Primary Reference Fuel,PRF)的燃油喷射雾化与湍流燃烧过程开展数值研究。结果表明:该新型耦合模型能够准确的预测PRF燃料的喷雾和着火燃烧特性;所开发的重构数值喷雾纹影图像和燃烧OH^(*)图像处理方法能够很好地捕捉到试验的滞燃期、火焰浮起长度及喷雾火焰结构;研究揭示了不同比例的PRF燃料对喷雾及着火燃烧过程的影响特性,为替代燃料在发动机上的高效应用提供了理论指导。 展开更多
关键词 PRF 喷雾模型 燃烧模型 数值纹影 OH^(*)重构
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