基于大涡模拟的圆环旋转粘性液体射流表面波结构及气液相互作用的研究

作     者：王赓 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宁智

授予年度：2018年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：圆环 旋转 粘性液体射流 表面波结构 气液相互作用 

摘      要：在内燃机热力循环中,燃烧过程是最为重要的过程之一,而燃烧过程的关键就在于燃油射流的破碎雾化过程。目前,压力旋流喷嘴已经广泛的应用于缸内直喷发动机中,因此对于压力旋流喷嘴所产生的圆环旋转粘性液体射流的研究十分重要。论文以圆环旋转粘性液体射流为研究对象,开展了对其形态变化和破碎过程的研究;分析了圆环旋转粘性液体射流的表面波结构并对其影响因素进行了研究;对圆环旋转粘性液体射流的气液相互作用进行了研究。研究工作对于圆环旋转粘性液体射流认识的深化和完善具有重要意义,研究成果可以为燃油射流更充分的破碎雾化提供理论依据。本文首先以大涡模拟方法为基础,选取了适当的亚网格模型,使用CLSVOF方法对气液相界面进行追踪重构,建立了圆环旋转粘性液体射流的仿真模型,将数值模拟结果与文献中实验的结果进行对比,验证了模型的准确性。对圆环旋转粘性液体射流的发展过程进行了数值模拟。定义了圆环旋转粘性液体射流的特征参数,分析了圆环旋转粘性液体射流从启喷阶段到充分发展阶段形态的演变过程;对圆环旋转粘性液体射流的一次破碎过程及二次破碎过程进行了研究,给出了液膜破碎以及液丝破碎的规律和机理;给出了喷射参数及物性参数对圆环旋转粘性液体射流各项特征参数的影响规律。开展了对圆环旋转粘性液体射流表面波结构及其影响因素的研究。分析了表面波结构的形成机理,对表面波结构在空间上的发展进行了研究;通过改变数值模拟的计算条件,给出了轴向速度、旋转强度、初始扰动强度、液体粘度及液体密度对圆环旋转粘性液体射流轴向表面波和周向表面波的产生与破碎位置、形态以及波长增长速率的影响规律。开展了对圆环旋转粘性液体射流气液相互作用的研究。分析了静止空气中涡结构和回流区引起的气液相互作用,研究了气液相互作用对表面波结构的影响;对圆环旋转粘性液体射流在运动气流中的发展进行了数值模拟,对横向气流和轴向气流中气体的剪切力作用和压力作用进行了研究;研究了横向气流作用和轴向气流作用对圆环旋转粘性液体射流的影响。