毛刺对喷嘴内燃油流动特性及雾化特性影响的仿真研究

作     者：程琳源 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵伟

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：喷嘴 毛刺 流动特性 雾化特性 仿真 

摘      要：在喷油嘴流道内毛刺的去除过程中,通常需要花费很多时间和精力,但是去除的效果却并不理想。由于喷嘴喷孔的孔径极小,流道内的流体速度快、压力大、喷射持续时间短,所以喷嘴内不同位置的毛刺对流动特性和喷雾特性的影响规律难以在设备上进行实验研究。而这些规律对于调试环节的技术人员尤为重要,因为只有确定喷油嘴内不同位置的毛刺对喷嘴内燃油流动特性和雾化特性的不同影响,才能有效地去除毛刺,提高调试效率。本文基于此展开的主要研究内容和结论如下:以航空发动机喷嘴为研究对象,通过UG建立喷嘴无毛刺流道模型,将喷嘴外锥孔、直流道以及内锥孔划分为17个毛刺位置,在对应位置分别建立毛刺模型。适当简化并建立雾化场模型。在Fluent中进行相关设置。分别在低压、中压和高压下,对毛刺存在于不同部位时喷嘴内的燃油流动特性进行仿真。得到喷嘴内燃油流动的速度、压力及其湍动能分布,计算出口处的速度和湍动能。分析相同压力下毛刺位置对喷嘴内燃油流动的不同影响、分析不同压力下毛刺位置对燃油流动的影响规律。结果表明:毛刺存在使出口处平均速度减小,湍动能增加。三种压力下,都是内锥孔的毛刺对喷嘴流动特性影响最大。毛刺对燃油压力分布影响不明显。随着压力增加,毛刺对喷嘴出口速度和湍动能的影响也逐渐增大。在第一阶段喷嘴内燃油流动过程仿真模拟结束后,将出口参数作为第二阶段燃油雾化的初始条件,对毛刺存在于不同部位时,喷嘴的雾化特性进行仿真模拟。得到喷雾形态图,计算喷雾贯穿距离和索特平均直径(SMD),分析相同压力下毛刺位置对喷嘴雾化特性的不同影响、分析不同压力下毛刺位置对喷嘴雾化特性的影响规律。结果表明:毛刺存在使贯穿距离减小,SMD减小。三种压力下,都是内锥孔的毛刺对喷嘴雾化特性影响最大。随着压力增加,毛刺对贯穿距离和SMD的影响也逐渐增大。针对对喷嘴流动特性和雾化特性影响最大的喷嘴内锥孔靠近直流道的位置,再建立不同数量的毛刺,对雾化锥角、贯穿距离和SMD进行仿真研究。结果表明:随着毛刺数量增多,喷雾偏斜程度增加,贯穿距离减小,SMD减小。综上,内锥孔毛刺对燃油流动和雾化特性的影响最大,尤其是喷嘴内锥孔靠近直流道的位置,这个位置的毛刺应该被优先去除。