燃烧室壁面形状对撞壁射流气体混合过程的影响

本文研究了燃烧室壁面形状对撞壁射流气体沿壁发展过程的影响。实验发现：射流气体撞壁后主要沿壁面发展，近壁区域会形成浓混合气层，并且混合很慢。本文提出两种方法：１）在壁面设置矩形凹槽，并且利用环境的气流运动加快射流气体的混合；２）在壁面上设置条形障碍物，使射流气体脱离壁面形成空间流动。另外，本文也模拟了ＯＳＫＡ－Ｄ燃烧系统中燃油撞壁后的发展过程。

限流沿对撞壁射流近壁区混合过程影响的实验研究(二)

The spatial distribution of concentration and velocity of a gas jet impinging with abump is studied in this paper. The conception of mean dispersion rate of concentrationis employed to describe the mixing process of gas jet in the near wall. The result showsthat the radial non-dimensional distribution of concentration and velocity of the second jetare normal, the axial nonudimensional distribution of concentration is exponential and theaxial non-dimensional distribution of velocity is lineal. The mixing rate of the jet gas in thenear wall is enhanced because of the existence of the bump. Base on these results, a new"space-wall-space" mixing conception for small or medium D.I. diesel engine is proposed.

“限流沿”形状与位置对柴油喷雾平板撞壁射流影响的研究

采用标准κ-ε湍流模型及PISO算法对平板上设置BUMP的柴油喷雾撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用片状激光诱导荧光(PLIF)法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到"限流沿"(BUMP)后会剥离壁面,形成二次空间射流,减少壁面燃油堆积量,且随二次撞壁距离增大,在BUMP和射流撞壁点之间的厚度大约为1～2mm的燃油高浓度区的面积逐渐增大。计算结果还表明,在平壁上设置BUMP后,在二次射流附近的低压区逐渐形成一个卷吸空气的"双涡结构",此"双涡结构"对形成稀混合气有重要作用。BUMP的形状不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配。

用速度浓度同步测量系统研究瞬态气体撞壁射流混合过程

用速度浓度同步测量系统研究瞬态气体撞壁射流混合过程谢辉，苏万华，史绍熙，林荣文（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津３０００７２）关键词撞壁射流，射流混合，速度浓度同步测量１引言对于中小型直喷式柴油机，燃油喷雾与壁面撞击不可避免，研究喷雾和壁面的相...

压敏漆测压在低速射流撞击壁面的应用研究

压敏漆(pressure sensitive paint,PSP)测压是一种基于发光分子氧猝灭效应的测压技术,与传统测压方式相比具有成本小、空间分辨率高等特点.实验搭建了压敏漆测压硬件平台,开发了数据处理软件系统.利用驻点处的压强与灰度关系拟合了标定曲线,研究了低速射流撞击平板表面的压强分布特性,分析了喷管距离壁面高度和雷诺数的影响.结果表明,当喷管高度h/d<6时,压强分布曲线的峰值压强和半宽度随喷管高度变化基本不变;当喷管高度h/d>6时,随着高度的增大,峰值压强线性减小,半宽度线性增加.采用峰值压强和半宽度对不同喷管高度的压强分布曲线进行无量纲化,压强分布曲线呈现自相似特性.进一步研究表明,在实验雷诺数范围内,压强分布受雷诺数影响较小.

倾斜射流撞壁形成的液膜外形的理论建模

倾斜射流撞击壁面在燃烧室液膜冷却、溅板式喷注器雾化等领域均有广泛应用。为了研究倾斜射流撞壁形成的液膜的基本形态、液膜边界大小,开展理论建模研究。通过建立在液膜边界的守恒方程及液膜在壁面上的厚度及速度分布关联式,形成一套能够求解倾斜射流撞击壁面后液膜形态及边界的理论方法。模型计算结果与文献中的实验结果对比表明,建立的模型能够较为准确地反映出壁面上液膜的基本外形。理论模型计算表明:液膜铺展面积随着射流速度和射流直径的增大而增大;当射流与壁面的夹角增大时,液膜流量分布的改变会导致液膜长度减小,宽度增大;模型计算结果能够反映出液膜边界随接触角增大而变小这一定性规律。

倾斜射流撞壁铺展的数值仿真

为了加深对射流撞壁铺展形成液膜的认识,开展倾斜射流撞壁数值仿真研究。采用网格自适应加密技术对射流撞壁后的液膜铺展过程开展两相数值仿真研究,获得并分析了典型工况下液膜铺展的过程、流场结构以及射流撞壁区局部流动特征。从数值仿真结果中能清晰地分辨出液膜的关键特征,与试验结果的对比也表明了数值仿真方法的可行性与准确性。通过数值仿真发现,射流撞壁后,流动以滞止点为中心,呈辐射状向四周铺展,汇入液膜边缘处水跃区后流动方向偏转,并继续向下游流动,这是射流撞壁铺展形成液膜的基本过程;液膜的惯性力驱动着液膜呈辐射状向外铺展,而在液膜边缘位置处的表面张力和壁面接触角的影响下,液膜边缘形成高压区推动液膜收缩,液膜惯性力在壁面的剪切作用下逐渐减小,直至减小到与液膜边缘处表面张力等其他作用力相平衡,从而确定液膜的边界;数值仿真结果也验证了撞壁区流动的滞止点处于射流与壁面的椭圆形接触面的一个焦点附近。

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。

倾斜射流撞壁实验研究及液膜几何参数建模

倾斜射流撞壁在液体火箭发动机液膜冷却、射流撞壁雾化等领域具有广泛的应用。为了研究倾斜射流撞击壁面后形成的液膜的关键特征,开展单股圆柱射流撞击壁面的实验研究。从实验中研究各射流参数对液膜外形的影响规律,继而开展理论建模,获取液膜外形的关键几何参数表达式。实验研究发现随着射流倾角增大,液膜长度减小而宽度增大,随着射流孔径和射流速度增大液膜长度和宽度均增大这一定性规律。理论分析得到了液膜最大宽度位置与液膜对称面的夹角近似等于射流倾角α,液膜的长宽比近似等于1+cotα。通过进一步分析得到液膜宽度、最大宽度距撞击点的距离、液膜长度这几个液膜关键参数的表达式。建立的液膜几何参数表达式预测结果与实验结果的误差均在20%以内。

“Bump燃烧室”内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置 ,用片状激光诱导荧光法 (PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究 ,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算 ,二者结果基本吻合 .平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明 ,撞壁射流在遇到限流沿 (Bump)后会剥离壁面 ,形成二次空间射流 ,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率 ,出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象 ,减少壁面燃油堆积量 .计算结果还表明 ,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构 ,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸 ,促进了燃油与空气的混合 。