喷雾碰壁混合三维数值模拟

针对国外在喷注碰壁混合的研究现状和存在问题,成功地建立了一个较全面的三维流体喷雾碰壁模型,描述液滴碰壁后粘附,反弹／粘附,飞溅／附壁射流等各种现象,并对一典型燃烧室内的喷雾碰壁混合过程进行三维数值模拟,其计算结果与实验结果比较吻合,说明计算模型的构筑是正确的,具有较高的工程实用价值。     

入射角度对喷雾碰壁后粒径分布的影响

搭建喷雾碰壁试验台架,通过激光粒度仪研究了喷雾碰壁对液滴粒径空间分布的影响.探究喷雾以30°和45°两种不同入射角碰壁后,近壁面处喷雾粒径随时间的变化趋势.试验结果表明:碰壁有利于小粒径液滴的形成.喷射初期,喷雾的空间粒径分布不均匀,随着喷射和碰壁时间的持续,喷雾主束区和反射区的液滴粒径分布均匀,粒径为40～60μm....     

燃烧室几何形状和位置对燃烧过程的影响

采用自制的喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置,对柴油机燃烧室几何形状和位置对燃烧过程的影响进行光学法研究,获得口径为62 mm圆柱形、55 mm缩口形、55 mm缩口偏置凹坑形3种不同形状燃烧室的喷雾燃烧过程照片。研究结果表明:与圆柱形燃烧室相比,缩口形燃烧室和缩口偏置形燃烧室的燃油蒸发速度及混合速度增加,始燃点(曲轴转角)提前3°~5°,后期扩散燃烧速度加快,整个燃烧持续期(曲轴转角)缩短7°~9°。     

石灰浆液荷电喷雾脱硫流场的数值模拟

为了获得脱硫塔内荷电石灰浆液脱硫率的理论计算方法,开展了荷电气液两相流场的数值模拟.通过试验用脱硫塔内部荷电喷雾脱硫特点的分析,建立了几何模型、静电场模型和两相流模型,通过商用Fluent6.3计算功能的扩展,获得环状电极静电场分布,进而实现感应静电场与两相流场的耦合计算,分析了浆液荷电条件下的两相流场特性及其对脱硫效果的影响.结果表明:电场强度分布基本对称于脱硫塔轴线,随着与电极距离的增加场强衰减迅速;浆液滴荷电使射流区外侧卷吸区域加大,浆液滴速度下降,电极附近射流影响区域变短,有利于加强两相接触和SO2吸收,同向并流的荷电脱硫增益更明显.     

柴油机喷雾两相流蒸发混合的数学模型研究

提出了预测直喷式柴油机燃油喷雾蒸发和混合过程的数学模型.基于紊流射流的积分方法,在计及喷雾平均油滴直径和油滴分布指数随蒸发过程而变化的情况下,通过气相射流子模型和油滴蒸发子模型的有机结合,使柴油机喷雾两相流的计算大为简化.与复杂的密集喷雾模型相比,本模型的计算工作量很小,而两者的计算结果却符合较好.     

荷电喷雾两相湍流流场的数值计算

荷电喷雾可以有效地改善雾化质量和喷雾流场特性,因此被广泛地应用于静电喷涂、除尘、药物喷洒和液体燃料的雾化燃烧等领域．荷电喷雾湍流射流流场的数值模拟对于荷电喷雾装置的设计及确定射流喷雾的各特性参数具有重要意义、采用颗粒拟流体方法,用κ-ε-κp荷电两相湍流模型对荷电喷雾气液两相湍流流场进行了数值模拟．经与实验结果对比,该模型可以较好地模拟荷电气液两相湍流射流流场,可用于荷电喷洒机具和荷电喷雾燃烧器的设计。     

计算网格与湍流模型对柴油喷雾多维数值模拟结果的影响

为探明柴油喷雾数值模拟的影响因素，用CFD多维数值分析软件研究了柴油喷雾的油束特性．计算结果表明，网格的划分直接影响计算结果的正确性和油束的几何形状．建立计算网格时，要注意网格均匀一致，避免网格密度突变；特殊几何形状壁面附近局部贴体坐标网格的范围不宜太大，否则会引起计算结果的畸变．对不同湍流模型的计算试验发现，RNG κ-ε湍流模型计算精度高、成本低，适合于柴油机缸内喷雾的数值模拟。     

燃烧室形状对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

在105单缸柴油机上，针对燃烧室形状对柴油机燃烧及排放特性的影响进行了试验研究，试验结果表明，中央突起缩口燃烧室具有较高的涡流和挤流强度并有较长的高涡流持续期，可加快缸内混合气的形成和燃烧速度，通过延迟喷油定时，减少了预混合燃烧量，在柴油机油耗率基本不变的前提下，降低了烟度和NOx的排放量。     

CFX4.3软件对拦油栅拦油失效的数值模拟

使用CFX4.3商用计算流体力学CFD软件数值模拟了两种拦油栅拦油失效的情形.结果表明,低粘度的油类在水流速度超过某一临界值时发生了油层流失失效;高粘度的油类在水流速度超过某一临界值时发生了临界累积失效.模拟结果与已有的文献结果相一致.文中还探讨了油-水表面张力系数对拦油栅拦油失效的影响.通过数值计算比较,发现实际的油-水表面张力系数(0.05N/m以下)对拦油栅拦油失效影响很小.在目前的条件下,应用CFX4.3软件计算得到的结果尚不能很好地显示油滴夹带失效现象,有待进一步研究.     

一种壁面二次喷射柴油机燃烧系统数值模拟

以KIVA3为计算平台,对4气门直喷式非增压柴油机在油注喷向燃烧室侧壁后飞溅形成二次喷射燃烧的整个工作过程进行了模拟计算,着重分析了压缩冲程和膨胀做功冲程缸内漉场及燃烧过程．数值分析结果表明：在进气涡流作用下,活塞压缩后期产生的挤流是以螺旋线路进入燃烧室的,由此对若干几何参数完全一样的喷孔喷出的油注产生的柴油气的作用是不同的,进而各油注的燃烧历程不同;过大的燃烧室侧向凹坑容易形成柴油气死角．带有二次喷射导向壁面的小口径比和小径深比ω型燃烧室充分利用好活塞表面以上和燃烧室上部氧气的问题仍有待解决．     

Computational and experimental study on TR combustion system of diesel

一种应用在135柴油机上的新型燃烧系统TR(Three-Rapidity),是由收口深坑ω形燃烧室改进而成,在壁面设置导向圆弧,并与带中孔的多孔喷嘴相匹配.应用STAR-CD软件对TR燃烧系统在50%负荷下的工作过程进行三维数值模拟,并与原机燃烧系统相比较.结果表明,TR燃烧系统的着火点控制在上止点附近,增加了预混合燃烧的比重.采用导向圆弧、缩口燃烧室和中孔喷射,气流运动更加剧烈,燃油空间分布合理,空气利用充分,减少壁面散热损失,并具有良好的冷启动性能.在135单缸柴油机上进行试验研究,和原机相比TR燃烧系统具有良好的烟度排放特性,NOx排放在中小负荷低于原机排放,在高负荷则有所增加,可通过推迟喷油来解决.TR燃烧系统在降低柴油机排放方面具有较大的潜力,对原机结构改动较少,具有广阔的应用前景.     

燃烧室参数对某柴油机高功率密度_快速燃烧性能的研究

为了研究燃烧室参数对某高功率密度单缸机快速燃烧的影响,保证压缩比不变的前提下,建立了三种不同径深比的燃烧室方案,采用AVL FIRE软件对该单缸机燃烧过程进行了模拟计算;分析了径深比对气流分布、喷雾特性以及燃烧性能的影响,仿真结果表明:径深比由3.49变化到5.73的过程中,湍流混合速率先增大后减少,湍动能下降,挤流区域处的速度值降低,喷雾贯穿距增加,油束向凹坑壁面发展,剩余液态燃油量增加;径深比为4.40的Ⅱ型燃烧室动力性能较好,更有利于扩散燃烧。     

燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析

为了研究燃烧室热边界对微型内燃机微燃烧特性的影响,以指导燃烧室设计,采用层流有限速率模型对微燃烧过程进行了仿真。首先对仿真结果开展了有效性分析,探讨了网格尺寸、时间步长、步长内最大计算步数3个建模因素对仿真结果的影响,结果表明仿真与实验比较吻合。在此基础上探索了散热系数、壁面厚度和材料3个参数对燃烧特性的影响。结果表明,散热系数对燃烧特性有较明显的影响,散热系数从0增加到55 W／（m2·K ）时,压力升高率减小,着火点延后,最高压力值下降了2个大气压。壁面厚度和材料对燃烧特性影响不大,分析表明这是由于在热量从缸内传到外界环境的热流路径中主要传热热阻是外壁面与环境之间的对流换热热阻所致。     

柴油机伞帘喷雾燃烧系统空气运动的数值模拟

用数值分析方法研究柴油机伞帘喷雾燃烧系统中的空气运动规律,探讨了缸内流场的演变过程、涡流与挤流的相互作用和燃烧室结构的影响,并比较了该燃烧系统与原机燃烧系统中的流场．计算基于任意拉格朗日—欧拉法,采用κ-ε湍流模型,计算结果表明,在上止点前较大的曲轴转角范围内,纵剖面流场结构相似,无涡流时接近上止点的缸内纵剖面流场受挤流控制．挤流促进燃烧室中心线附近的空气运动;逆挤流主要发生在燃烧室边缘;涡流使流场复杂化,随着涡流强弱不同,缸内形成不同的流动图案;折转壁面间的过渡情况影响气流贴合壁面情况;伞帘喷雾燃烧系统的挤气面积远大于原机,因此前者的空气运动明显强于后者,较强逆挤流维持的时间长于后者。     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

柴油机的性能改进及缸内工作过程的三维数值模拟

论述了1105柴油机的改进原理,对改进前的花瓣型燃烧室和改进后的盆形燃烧室建立了几何模型并划分动态网格.利用仿真软件STAR-CD对改进前后的1105柴油机的燃烧过程进行三维数值模拟,计算了两种不同燃烧室的缸内气相流场及其燃烧的温度场和压力场,并进行了对比分析.试验结果表明,模拟计算值与实测值基本吻合,改进后的盆形燃烧室的1105柴油机有更好的动力性和燃油经济性.表明在模拟精度达到一定水平时,发动机缸内燃烧过程的三维仿真计算可用来降低产品的研制周期和费用,是一种有效的研究和设计手段.     

微型燃气轮机燃烧室内三维流动过程的数值模拟

采用RNG κ-ε湍流模型，对Capstone公司75kW微型燃气轮机燃烧室火焰筒内气流三维流动过程进行了数值模拟研究．结果表明，燃烧室火焰筒内有3个回流区，其存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定．由火焰筒后部两排二次空气掺混射流孔射入火焰筒的射流深度不同，且沿流动方向第一排射流孔射流深度大于第二排．此外，火焰筒内气流轴向、径向和切向速度沿火焰筒径向的分布随着气流沿火焰筒轴向的流动逐渐趋于均匀，且其峰值位置朝向火焰筒中心轴方向移动．     

ZS195柴油机无氮（O2/CO2）燃烧的排放特性

文章介绍了ZS195柴油机无氮(O2/CO2)燃烧试验装置,对柴油机在无氮进气条件下的起动性和排放特性进行了试验研究,试验结果表明,无氮进气(O2/CO2)的混合程度对发动机的运行有显著影响,无氮进气条件下,进气中O2体积分数为0.6时,柴油机排放中NOx排放量与常规进气相比显著降低,HC、CO的排放量略有增加。