燃油静电雾化和燃烧的实验和数值模拟研究
湍流喷雾燃烧广泛应用于各种军用和民用动力装置中，例如航空发动机、汽车发动机等。在液体燃料燃烧过程中，燃油雾化是其中的重要环节，直接影响液滴蒸发的快慢，从而影响燃烧的速度。因此，对湍流喷雾液滴雾化进行研究有着十分重要的意义。喷雾静电雾化技术有利于提高喷雾雾化质量，创新性地将汽车燃油喷雾与静电雾化的优点相结合。本文对湍流喷雾雾化这一多相流问题进行数值模拟和实验研究。本文主要研究内容分别如下: 基于大涡模拟（LargeEddySimulation，LES）方法，在LES-FDF模型的基础上，采用KH-RT液滴破碎模型，充分考虑到雾化过程的随机性和瞬态性特点，并考虑静电作用对雾化过程的影响。将上述方法结合，建立完整的数学模型。 设计了针式电极高压静电充电系统，通过电极形成高压静电场，使燃油喷雾有效地电晕带电从而形成荷电液滴。搭建了燃油静电喷雾燃烧试验台，在燃油喷雾燃烧时，利用温度测量系统，对燃烧室内温度场进行了测量;利用汽车尾气仪对燃油喷雾燃烧气体产物组分进行测量。采用激光粒度分析仪分析了非荷电与荷电燃油喷雾两种不同工况下不同位置液滴粒径分布情况。研究发现，静电作用有利于获得更好的燃油燃烧与排放特性，也有得于获得更好雾化质量的燃油喷雾。 开发和调试了相应的计算程序，将建立的LES-FDF模型用于圆形管道内湍流喷雾雾化过程的数值模拟，对湍流喷雾液滴的运动和雾化进行研究。将计算得到的粒径分布结果与实验进行对比，取得了较好的一致性。对静电雾化过程的数值模拟表明，静电雾化能得到更好的雾化特性;对静电雾化和非静电雾化一些雾化规律进行了数值模拟，研究表明，雾化后的雾滴粒径在空间中的分布也呈现一定的规律，比如静电雾化所得到液滴的粒径范围更小，均匀性更好。
湍流喷雾燃烧;喷雾静电雾化技术;大涡模拟方法;数学模型;数值模拟
浙江大学
硕士
流体力学
金晗辉
2013
中文
TK16
88
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）