柴油机喷油器内部空化效应的模拟研究

喷油器中空化流特性直接影响燃油的雾化和燃烧.利用CFD-Fire软件,在针阀运动的情况下模拟了喷油器内部从单相流到超空化的过程以及流动特征.数值模拟发现:气泡首先出现在喷孔进口的拐角处,随着流速增加,空化进一步发展,直至贯穿整个喷油器形成超空化,整个流场成为气液两相流.瞬态条件下,针阀运动致使喷孔进口附近压力波动,部分...     

柴油机高压喷油嘴喷射过程空化效应数值模拟

为揭示柴油机高压喷油嘴喷射过程空化机理,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高压喷油嘴喷射过程空化效应数学模型,并对高压喷油嘴喷射过程空化效应进行了数值模拟分析,得出了曲率半径、压力波动幅度及柴油的部分物理参数对高压喷油嘴喷射过程空化效应的影响规律:随着喷油嘴入口处的曲率半径增大,喷孔内气相体积分数越来越小,空穴层的厚度也越来越薄,高压喷油嘴雾化性能变差;随着压力波动幅度的减少,喷油嘴出口质量流量变化越来越小,有利于喷油嘴喷油量的精确控制;燃油温度、喷油压力的提高使得喷油嘴内部空化现象得到加强,但是压力的增大更有利于空穴增强,从而有利于燃油雾化.     

亚临界CO2在缩放喷管中降压膨胀的数值模拟

忽略两相间的滑移速度,采用Fluent中的混合模型对亚临界CO2过冷液体进入缩放喷管降压膨胀产生气泡的两相流动过程进行了二维数值模拟.其中,气液两相间单位体积内的质量传递率采用空化模型理论进行计算.计算工况如下:喷管液体CO2进口压力为61MPa,温度为29315K,喷管出口为两相状态.计算结果显示,CO2工质流经喉部时,压力急剧降低,相间的质量传递率达到最大值,CO2工质发生相变;工质进入扩散段后,随着压力降低,气体份额不断增大,喷管出口压力为165MPa时,气体体积份额约为093.数值模拟值与实验值对比结果为,计算压力与实测压力值最大误差不超过101%,计算温度与实测温度值最大误差不超过19%.数值模拟揭示了亚临界CO2在喷管中的气液两相膨胀过程.     

液态金属中气体射流过程数值模拟研究

应用欧拉-欧拉法双流体模型描述液态金属中气体射流搅拌过程的两相流动及气泡分布.采用分别描述气泡和液体湍流的k-ε两相湍流模型,重点分析气泡和液体在流场中的受力,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布的影响.结果表明,气泡的喷射对熔池起搅拌作用,中心线上入口处气含率最高,进入熔池后迅速下降,到一定高度后下降趋势变缓,在出口附近趋于不变.预测结果和文献中的实验结果进行对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

带哨嘴喷嘴射流流场的离散涡模拟

采用离散涡方法模拟了两种不同形状哨嘴的喷嘴出口流场旋涡结构和压力分布。模拟结果表明 ,射流在喷嘴出口和哨嘴出口形成的旋涡结构在流场及其他涡元的作用下 ,向下游运动 ,在流场中某个地方形成低压区 ,这有助于诱发空化现象。对两种不同喷嘴的出口流场进行比较发现 ,哨嘴形状对形成的射流流场的旋涡结构有很大影响。因此 ,研究和应用空化射流必须考虑喷嘴出口哨嘴形状的影响     

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法（VOF）方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。本文的仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。     

跨临界CO2节流短管流量特性实验研究

以节流短管为对象,实验研究了流量和节流短管上游压力、下游压力、入口温度以及几何结构的关系,得到了CO2通过节流短管的半经验流量关系式.研究结果表明,跨临界CO2节流短管流动与制冷剂R134a显著不同,通过短管的制冷剂流量和直径呈指数关系,CO2的指数(2.73)大于常规制冷剂(R134a为2.11);所有实验条件下,流动均发生临界流现象,即CO2通过短管的流量对下游压力不敏感,对进出口倒角也不敏感.     

垂直喷淋式原子层沉积反应器设计及数值模拟

提出垂直喷淋式原子层沉积(vertical showehead atom layer depositon reactor,VS-ALDR)反应器的概念。依据原子层沉积的基本原理,对VS-ALDR进行了四种形式的进口设计方案,分别为(1)无间隙扇形分隔进口设计;(2)带中心孔的无间隙扇形分隔进口设计;(3)间隙扇形分隔进口设计;(4)带中心孔的间隙扇形分隔进口设计。在fluent软件中对上述4种设计方案进行流场、温场以及浓度场模拟。根据模拟结果并应用传质理论,对VS-ALDR反应器中反应物浓度的分布进行分析和讨论。分析结果表明中心孔对于TMG和NH3的分隔作用明显。间隙扇形进口有利于TMG和NH3的分隔,并使得衬底处MO源和NH3的浓度集中在喷口下方,与分隔气体的互扩散减少。针对带中心孔的间隙扇形分隔进口反应器,讨论了不同的进口设计方案、高度、分隔气体扇形角、压强、衬底转速、流速以及不同的分隔气体对衬底处浓度分隔效果的影响。该研究结果适用于VS-ALDR输运过程及生长参数确定。为原子层沉积反应器的改进设计提供参考。     

过冷度对喷嘴效率影响的测试研究

为研究流体过冷度对喷嘴工作性能的影响,研制了两相流体混合速度的测试装置.基于动量定理,测定两相流体的质量流量和冲击力,从而得到质量平均的流体混合速度.利用R410A制冷系统实验台,实验研究了制冷剂过冷度对喷嘴出口流体混合速度及喷嘴能量转化效率的影响.实验表明:随着入口制冷剂过冷度的提高,喷嘴的通过质量流量逐渐增加;同时,制冷剂过冷度的提高使喷嘴出口流体混合速度及喷嘴转化效率明显下降;在实验工况下,喷嘴进口为饱和制冷剂时,2#喷嘴出口制冷剂混合速度达到了94.1 m/s,喷嘴转化效率为64.1%;当制冷剂过冷度由饱和状态增至11℃时,2#喷嘴出口流体的混合速度降低35.7%,喷嘴转化效率降低33.9%.     

绕水翼超空化流场的数值模拟

基于Reynolds平均法,采用RNG k-ε模型及Mixture两相流模型,对绕水翼ys930的超空化流动进行了数值模拟,得到了绕水翼各个超空化阶段的超空化形态及各阶段的临界空化数与水翼攻角、来流雷诺数之间的关系,确定了临界空化数与来流雷诺数在不同攻角条件下的0.4次方经验关系式,给出了系数的取值区间.结果表明:超空化的发展经历了超空穴形成、汽液两相共存和完全发展3个阶段;各阶段的临界空化数随水翼攻角的增大而增大,基本呈线性关系;由于回射流的作用,在水翼前缘处形成一个逆时针旋涡,使逐渐长大的空泡脱离水翼吸力面并向下游脱落;在不同空化数下,空泡脱落的位置不同,导致空泡长度的变化.     

水力空化装置试验研究

水力空化装置是利用水力空化技术的关键．通过利用几种不同的多洞孔板对水力空化装置的试验研究,结果表明：在水力空化系统中,增大孔板的进口压力,可以增加孔板流量。从而提高孔内的平均流速。降低空化数;由于孔板的作用,系统中的水温上升率要比没有安装孔板的系统大;并分析得出孔板下游恢复压长度为4倍管直径．     

连铸喷嘴气路加速环对喷嘴出口处液相运动与分布的影响

为获得更好的高速连铸二冷区铸坯冷却效果,本文提出在气-水雾化喷嘴气路通道内增设加速环装置。根据生产工艺条件,利用Fluent软件建立了优化前后气-水雾化喷嘴的三维气-液两相流模型,分析了喷嘴进水压力和进气压力对喷嘴出口处液相速度和液相体积分数分布的影响。结果表明,本文计算条件下,当喷嘴进水压力一定时,随着进气压力的增加,喷嘴出口处液相速度显著增大,液相体积分数呈减小趋势;当喷嘴进气压力一定,随着进水压力的增加,喷嘴出口处液相速度减小,液相体积分数整体呈增大的趋势;相同工况条件下,喷嘴气路设置加速环后,喷嘴出口处的液相速度分布较优化前更稳定,液相分布均匀性得到改善。     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

喷油泵转速变化对乳化液喷雾特性的影响

采用高速摄影技术,研究了压力雾化喷嘴对甲醇、水和柴油多组元乳化液的雾化特性.结果表明:当实验工质为乳化液时,提高喷油泵的转速,喷油器喷嘴的有效喷射压力随之上升,喷雾贯穿速度提高,喷雾锥角增大,喷雾的持续时间增长;乳化液和柴油的喷雾有一定的差异,即柴油的喷雾锥角比乳化液的大,喷油器的嘴端压力比乳化液的小,喷雾持续时间也比乳化液的短.     

高超声速喷管中水蒸气凝结的数值研究

我们针对高超声速燃烧加热风洞喷管流动的大扩张比、高马赫数、高低温气体并存和高水蒸气含量的特点,发展了兼顾高温气体效应与水蒸气非平衡凝结过程影响的有限体积计算方法,对伴随水蒸气凝结的喷管流动的机理开展了数值研究.计算中,凝结模型采用Hill矩方法进行模拟.数值分析着重关注喷管进出口气流的参数变化.结果表明,燃烧加热风洞的凝结问题计算中,应考虑高温气体效应的影响,以保证结果的合理性;随总温、水蒸气含量等参数的不同,喷管流动中的凝结现象会呈现明显不同的特征,适量的水蒸气含量和较低的总温会使得凝结后的流场参数发生显著改变.     

叶片开槽对轴流泵空化性能的影响

为探究开槽叶片对轴流泵空化性能的影响,以350ZQ-70-H型潜水轴流泵为研究对象,对其不同空化余量下的流场进行定常和非定常数值模拟,对比分析原模型与改进后模型的速度矢量分布、压力分布、内部空泡体积分数及空泡体积变化等.结果表明:开槽叶片可以改善轴流泵的效率和扬程,提升轴流泵性能;开槽叶片增大了叶片进口处流动面积,降低了叶片进口处流速,使得轴流泵叶轮内压力的分布得到改善,从而对空化产生抑制作用;在空化的各个阶段里,开槽模型的空泡体积分数分布均有所降低,其中空化初始阶段最为明显,相比原模型下降了30.4%,有效抑制了空化的发展,空化性能明显提升.     

射流管伺服阀前置级建模及参数匹配研究

为研究射流管伺服阀前置级结构参数对前置级性能的影响,建立了伺服阀前置级数值模型,并利用PIV技术对前置级流场测量,验证了数值模拟模型的正确性.运用数值手段,分析了前置级主要参数喷嘴孔直径、接收孔直径及喷嘴至接收器距离对恢复压差及其稳定性的影响,获得了三种不同伺服阀流量下前置级最佳结构参数匹配范围.结果表明:喷嘴孔直径为0.22～0.28 mm时,接收孔直径与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为1.1～1.2,喷嘴至接收器距离与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为0.6～0.8.前置级结构参数对接收孔压差稳定性具有直接影响,参数不匹配导致接收器劈尖对不稳定射流边界层的剪切是造成接收孔压差振荡的重要原因.      

压力比对高压SF6断路器喷口中冷态气流场影响的研究

为了辅助高压SF6断路器灭弧室的设计和优化,以拉法尔喷口结构为基础,对3种长度喷口结构下的冷态SF6气流场进行了数值计算和分析,通过对比压力与马赫数的变化特点,研究了上、下游压力以及喷口长短对气流场分布的影响.确定了3种长度喷口对应的临界压力比值,并着重分析了压力比与激波产生和运动之间的关系,讨论了物性参数所引起的计算误差.结果表明:不同长度的喷口结构,临界压力比不同,当上下游压力比低于临界值时,喷口中产生激波,反之则无激波产生;激波的位置随着压力比以及喷口的长度而变化;当喷口下游气体始终处于超音速流动时,出口压力与设定值无关,仅随着入口压力的增加而增大.此外,有效地导入气体属性能够降低数值仿真中的误差,提高仿真结果的精度.     

Research on transient characteristics of cavitation phenomena in pilot stage of jet pipe servo-valve

To obtain dynamic characteristics of cavitation and study the relationship between the cavitation and inlet pressure, large-eddy simulation(LES) is utilized to calculate unsteady flow field in the pilot stage. Lamb-Oseen vortex is observed. Simulation results show that vortex cavitation exists, and cloud cavitation begins to occur when inlet pressure reaches 7 MPa. Cavitation and cavitation-shedding are enhanced by the increment of inlet pressure. The main frequencies of the pressure oscillations of vortex cavitation and cloud cavitation increase with inlet pressure increasing. By comparing results of local cavitation and facet cavitation, it is known that cloud cavitation has a greater influence than vortex cavitation. Upon increasing the wedge length, the main frequency of vortex cavitation increases whereas that of cloud cavitation decreases, the volume fraction of the vapor phase and the energy efficiency decrease. Considering the above characteristics and the easiness of the process, the optimal wedge length is 0.03 mm.