定容弹内汽油掺混酒精燃料的喷雾特性分析_大学毕业论文(编辑修改稿)

定容弹内汽油掺混酒精燃料的喷雾特性分析_大学毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

流 直径为同一量级。 其分裂原因是射流与周围气体的相对运动增强了表面张力的作用，而表面曲率的变化又使得内部产生不均匀的静压力分布，压力梯度使液体流向曲率大处，从而加速了液柱的分裂。 此时表面张力起着不稳定的作用，促进分裂。 3)第二类风生分裂 分裂发生在距喷口一定距离处，形成的液滴平均直径远小于射流直径。 分裂原因是小波长扰动波得不稳定增长。 该类型小波长扰动波也是由于射流与周围气体介质间的相对风所引起的。 此时的表面张力却抑制小扰动波的增长。 4)雾化 液体一离开喷口，在射流下游很微小一段距离处，射流表面就立即发生分裂，形成大量细微液滴，其平均液滴直径远小于射流直径。 此种分裂方式是内燃机喷射雾化研究的主要对象。 对于从 Rayleigh 区域过渡到空气动力模式作用区域，可以予以分区。 4Re We 从空气动力模式作用区域过渡到雾化模式加以标识。 We 二次雾化过程 离开射流或液膜的液滴，同样会由于高的气液相对速度而受到空气动力的 作用，液滴在表面非均匀分布的压力扰动下发生变形，当这个作用力大到足以克服液滴表面张力的恢复力时，液滴就会分裂成更小的液滴。 定义液滴破碎的一个有效指标是气体Weber 数：   /2DuWe r () 式中，  — 气体的密度； 定容弹内汽油掺混酒精燃料的喷雾特性分析 8 ru — 液滴与气体间的相对速度； D— 液滴 的直径；  — 液滴的表面张力。 根据 We 数的不同，液滴表现出不同的破碎模式。 在 We 数较低时液滴发生哑铃式振动，并发展到破碎成两个较小的液滴；当 We 数值增加是，袋形破碎发生，液滴变形成四周为液体圆环，中间为薄膜的空心袋囊形状；当变形足够大时，袋囊，随后液体圆环破碎成许多细小液滴；再继续增加 We 数时，便产生袋形破碎的一种变形，叫做伞形破碎，它与袋形破碎的主要差别为在破裂之前形成一个中心杆；当 We 数继续增加超过 100 时，形成剪切形破碎，这是破碎由气流对液滴的剥离控制，在液滴周围及其尾部形成许多细微的雾状液滴；当 We 数大约超过 350 时，在液滴迎风面上的表面波迅速增长，在液滴发生明显变形或剥离之前就会突然破碎，称为爆炸式破碎。 喷雾特性 喷雾的宏观特性 宏观特性主要是指喷雾的几何轮廓形状及其在空间的发展情况，是描述喷雾特性最基本最直观的参数，直接影响到喷油系统和燃烧室的匹配设计。 宏观特性主要由贯穿距离 S和喷雾锥角  等集合参数来衡量。 其中，贯穿距离 S是喷雾体在完全蒸发前所能达到的最远距离，在燃烧室内决定喷雾是否发生碰壁行为 :喷雾锥角  则反映了燃油在径向上的分布情况。 这两个参数均与喷射压力，喷孔几何参数，燃油及介质气体性质有关。 在下图中角度  称作初始喷雾锥角，是燃油离开喷嘴出口时所成角度，此时并未考虑液滴与空气之间的相互作用。 图 高压旋流喷雾结构示意图 沈阳航空航天大学毕业论文 9 微观特性主要是指喷雾的内部结构及分布情况，主要包括雾化粒度，液滴尺寸分布等。 1)燃油雾化后所产生的油滴大小是评定雾化质量的一 个重要指标，这一指标称为雾化粒度。 在喷雾场中，液滴的大小是不均匀的，最大的与最小的可能相差 50100倍，因此只能用平均直径来表示雾化粒度。 通常采用两种方法表示液滴的平均直径： 所谓质量中间直径 md 是一个假设的直径，大于这一直径的所有液滴的总质量正好等于小于这一直径的液滴的总质量，即   mddM =  mddM （ ） 很显然，质量中间直径越小，雾化粒度越小，雾化质量越好。 它是将不同直径的液滴组成的喷雾假象成由单一直径即索特平均直径 SMDd 的液滴组成，而液滴的总表面积和总体积保持与实际喷雾相同，即  33 66 iiSM D dNdNV  （ ）  22 iiSM D dNdNS  （ ） SVdN dNd ii iiSM D 623   （ ） 式中， N— 喷雾场中液滴的总数目； iN — 直径为 id 的液滴的数目。 从式中可以看出，索特平均直径越小，则液滴的表面积越大，这对于液体燃料的蒸发汽化是有利的。 定容弹内汽油掺混酒精燃料的喷雾特性分析 10 2）液滴尺寸分布 液体经过雾化后产生的液滴使不均匀的，因此仅使用液滴的平均直 径来评价雾化质量是不够全面的。 比较完善的表达方法，应该既能表示出液滴直径的大小，又可以表示出不同直径液滴的数量和质量，可惜至今还没有从理论上得到液滴尺寸分布表达式。 目前，所采用的液滴分布表达式均属于经验公式，其中最为常用的有以下两个： a. 2 分布：    DDDDDDDDDV 61211e x p1)( 2 （ ） 式中， D— 液滴的直径； D — 尺寸常数，等于 SMDd /3； V(D)— 液滴的体积积分分布，表示直径小于 D的液滴占喷雾液滴总体积的百分数。 ： V(D)=   qDD /exp1  （ ） 式中， D— 液滴的直径； D — 尺寸常数，等于 SMDd /3； q— 均匀分布指数，其值越大，液滴尺寸分布越均匀； V(D) — 液滴的体积积分分布，表示直径小于 D的液滴占喷雾液滴总体积百分数。 喷雾过程中的其他现象 喷雾过程形成的液滴在运动的过程中，通过与周围环境气体交换能量，使其温度升高，从而在液滴表面发生汽化，形成蒸汽。 可见，液滴的蒸发是一个同事伴随着传热和传质的过程。 该过程是内燃机混合气形成的一个重要环节。 可见，液滴的蒸发是沈阳航空航天大学毕业论文 11 一个同事伴随着传热和传质的过程。 该过程是内燃机混合器形成的一个重要环节，因为它直接影响到混合器的浓度分布，从而影响到发动机的着火滞燃期，燃烧率乃至排放特性。 碰撞 /聚合 喷雾越稠密，液滴碰撞的几率就越大。 碰撞若导致破碎，就会伴随许多小液滴生成，增强雾化作用；反之，碰撞若导致聚合则降低雾化作用。 但不管如何，都会改变液滴粒径分布，因而碰撞对喷雾的微观特性有重要影响。 根据近年来关于液滴碰撞试验和直接数值模拟的研究结果，液滴碰撞后发生的现象可以分为四种类型：反弹；聚合；反射分离；摩擦分离。 见下图： 图 液滴碰撞的类型 在聚合液滴分离的过程中，在两分离液滴之间一般伴随有拉丝现象，在相对速度较高时 ，拉丝将分裂为许多细小的卫星液滴，即所谓碰撞破碎现象，如上图 (e)所示。 湍流扩散 气相湍流涡团的无规则运动必然使液滴在其运动过程中不断受到一种随机的干扰力。 液滴愈小，这种随机干扰运动愈明显，因而液滴的运动轨道并非光滑的曲线，二是充满曲折和脉动的不光滑曲线。 由湍流脉动作用而在运动液滴上增加的这种附加运动就是液滴的湍流扩散，如下图所示。 定容弹内汽油掺混酒精燃料的喷雾特性分析 12 图 一般认为湍流的作用只取决于液滴在湍流 涡团内的滞留时间和湍流涡团的脉动时间，实际上，还取决于液滴直径与湍流涡团尺寸之比，液滴与湍流速度之比，液滴分布密度等因素。 的碰壁 由于燃烧室空间的限制，喷雾与壁面发生碰撞是常见的现象。 与自由喷雾相比较，其运动特性，浓度分布都有很大的不同，特别是在近壁面区域。 这是因为喷雾液滴碰壁后，可能出现集中不同的形态变化，如粘附，反弹，铺展，飞溅。 如下图所示。 粘附 反弹 铺展 飞溅 图 本章详细阐述了燃油喷雾初次雾化过程和二次雾化过程的主要机理，并且对评价喷雾特性的一些重要指标如贯穿距离，喷雾锥角和索特平均直径进行了充分的论述。 此外，还对喷雾过程中伴随的液滴蒸发和湍流扩散等物理现象进行了介绍。 模拟仿真软件 随 着 CFD技术的日趋成熟，著名的商业 CFD软件如 FLUENT,CFX,STARCD,FIRE等在热能，航空航天，化工等领域得到了广泛的应用。 这些软件具有以下特点：（ 1）功能比较全面，适用性 抢，几乎可以求解工程界中的各种复杂问题。 （ 2）具有比较易用的前后处理系统和与其他 CAD及 CFD软件的接口能力，便于用户快速完成造型，网络划分等工作。 （ 3）具有比较完备的容错机制和操作界面，稳定性高。 （ 4） 可在多种计算机，多种操作系统，包括并行环境运行。 随着计算机技术的快速发。