基于VOF方法的噴嘴空穴流動(dòng)與近場(chǎng)噴霧數(shù)值模擬研究.pdf

1、噴油器作為發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)內(nèi)的終端部件，在控制噴射燃油流量的同時(shí)，噴嘴內(nèi)部的流動(dòng)狀況也給燃油噴射的霧化效果帶來顯著影響，進(jìn)而直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與排放。大量有關(guān)研究文獻(xiàn)顯示，噴嘴內(nèi)發(fā)生的空穴過程對(duì)噴嘴內(nèi)部流動(dòng)及外部射流霧化有重要影響。因此，在充分考慮噴嘴內(nèi)部空穴過程的條件下，對(duì)噴嘴噴射過程的內(nèi)部流動(dòng)和外部射流形成及霧化進(jìn)行完整的噴射研究是十分必要的。考慮到實(shí)驗(yàn)條件下觀測(cè)實(shí)際噴嘴內(nèi)部流動(dòng)及近場(chǎng)霧化的難度，借助數(shù)值模擬的手段對(duì)噴射過程進(jìn)行分

2、析研究是很有發(fā)展前途的。
　　 本研究基于VOF方法，在建立一個(gè)液-蒸汽-空氣多相流模型的基礎(chǔ)上，加入空穴模型，改造多相流的質(zhì)量平衡方程及體積分?jǐn)?shù)方程，建立起關(guān)于空穴多相流的數(shù)值模型。
　　 基于Linux系統(tǒng)下的開源CFD軟件OpenFOAM，參照程序內(nèi)部已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)求解器的源代碼，自行設(shè)計(jì)并編譯了針對(duì)空穴多相流問題的求解器interMpcFoam，并由此構(gòu)建起模擬噴嘴噴射過程中空穴流動(dòng)及射流霧化過程的CFD計(jì)算平臺(tái)

3、。新開發(fā)出的求解器interMpcFoam，涉及到多相流的流動(dòng)過程、液相與蒸汽相的空穴相變過程、以及空氣相同蒸汽相的相互擴(kuò)散混合過程，可在求解算例時(shí)自行選擇對(duì)應(yīng)的空穴模型，并可根據(jù)需要調(diào)用OpenFOAM支持的相關(guān)湍流流動(dòng)模型。
　　 參照有關(guān)文獻(xiàn)中的噴射實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)不同噴射條件下噴嘴內(nèi)發(fā)生的空穴現(xiàn)象進(jìn)行了一系列的二維噴嘴模擬，并將模擬結(jié)果同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到較好的吻合，從而驗(yàn)證了數(shù)值模型及軟件求解器的準(zhǔn)確性，同時(shí)也反映出與

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本一致的有關(guān)空穴作用規(guī)律。二維噴嘴的模擬結(jié)果不單顯示出應(yīng)用該方法對(duì)空穴流動(dòng)及射流霧化過程進(jìn)行研究的可行性，更為接下來模擬實(shí)際條件下噴嘴的噴射過程提供了模型參數(shù)及控制設(shè)定的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。
　　 在模擬二維噴嘴噴射中空穴流動(dòng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)際VCO噴嘴條件下高壓柴油噴射的空穴過程及射流霧化進(jìn)行了三維模擬。模擬結(jié)果展現(xiàn)了噴嘴內(nèi)燃油噴射的空穴流動(dòng)及外部射流破碎霧化過程，驗(yàn)證了空穴過程對(duì)射流形成及霧化的影響。根據(jù)燃油噴射過程圖像及流