文稿力學大會2015集ms3439

力學大會力學大會-吳穎川 速空氣動力高超聲速沖壓發(fā)動機技術重點，綿陽#（師范大學大學天華學院，201815）模型對煤油霧化進行了預測。模擬結果表明ReitzDiwakar模型霧化效果很差，LISA+ReitzKHRT模擬的粒徑偏低，說明采用LISA模型一次破碎已經(jīng)可以達到實驗的效果。BlobSheetAtomization+ReitzKHRT模型預測的SMDSauterDiamter)與測值單獨使用模型也能獲得較好的預測值，級破碎模型和初級破碎模型模型的模擬結模型模擬的截面粒徑分布在峰值上與實驗值但是數(shù)據(jù)更為綜合看來在考慮T，ReizDiwakr以及不考慮次級破碎模型與實驗M的接近程度依次遞減，而混合模型和單獨使用模型則大大 了S說明在采用模型時,再采用Traetor不?？招腻F噴嘴，霧化，破碎模型，SMD(SauterMeanDiameter)，OpenFOAM?引液體的霧化、破碎是現(xiàn)代社會中普遍存在的現(xiàn)象，其實質(zhì)是將液體使用高噴射從噴嘴噴射到環(huán)境空氣中，通過高速液體與相對靜止的環(huán)境空氣之間存在的燒。這一現(xiàn)象普遍發(fā)生在汽油/柴油發(fā)動機、發(fā)動機，以及液體火箭的推力室中。隨著環(huán)保意識的日益高漲，以及相關的不斷完善[1]對于液體的燃燒與污噴霧霧化過程中的液滴平均直徑和液滴尺寸分布直接影響燃燒效率和污染物的排放，因此對于液體霧化過程研究對于清潔、高效燃燒的研究有著積極、重大的意義。液體的噴霧過程極為復雜，是多種因素綜合、相互作用的結果，包括：管道流，噴霧過程劃分為管道內(nèi)流動、級破碎與次級破碎三個階段。其中，管道內(nèi)流動主要發(fā)生在噴嘴 管道中，其對于噴霧的形成起重要作用，其中的液體流動狀態(tài)對噴出口處的原始液體速度分布起決定作用，管道 液體的速度與也對空穴效應的形成有直接影響；初級破碎主要發(fā)生在噴嘴出口下游附近，其主要受空穴效應與湍流作用，高速噴射液體與環(huán)境空氣之間的剪切作用被忽略，在該階段，原始液體破碎為大的液塊、液膜，或者大的液滴；次級破碎則發(fā)生在噴霧的相對下游區(qū)域，在此區(qū)域，由于已經(jīng)遠離噴嘴，所以對液滴破碎起主要作用的因素是液滴與環(huán)境空氣之間相對速度所引起的曳力，以及液滴之間相互的碰撞、合并，和蒸發(fā)之間的結合。例如，JeongKukMahdi等[3]則使用開源計算軟件OpenFOAM?模擬了在噴射（300MPa）下生物積，對于霧化錐角的預測存在少許偏差。進一步分析發(fā)現(xiàn)隨著噴射升高，貫穿長度會增長，霧化錐角的變化則相對較小，此外，霧化錐角還與黏性相關。Zhi-Hua1）Theprojectwassupportedby 2）的影響。研究結果表明環(huán)境會增強剪切力引起的破碎，盡管該會總體降低噴霧的破碎；隨著環(huán)境的升高，由噴射引起的霧化現(xiàn)象會更加明顯。Abolfazl機破碎模型的基本是其計算代價較低。SungWookPark等[6,向平均速度等指標來分別從宏觀與微觀角度研究汽油直噴噴霧的特性。Lee,C.本文中，則采用LISA、BlobSheetAtomization以及HollowInjetor三初級破碎模型，和iHTTT、ReitzDiwaar等四種級破碎模型，以及關閉次級破碎模型，一共設計了12種不同的破碎模型組合算例來預測空心噴嘴的霧化、破碎過程，使用來衡量不同混合模型對于噴霧過程描述的準確性，力求找到最適合空心錐噴嘴的混合破碎模型，并以此模型為基礎，研究空心錐噴霧

表1 碰撞與合并 蒸發(fā)模 曳力模 傳熱模型 BlobSheet BlobSheet BlobSheet BlobSheet

Blob

Hollow- HIJHollow-Hollow-Hollow-KL表2模型類????=

????=LISA模型

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??3= 液滴直徑dD

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?= ?= 1?? [????0????(??1???2)(1?液膜的破??長

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液滴變形參 ??????????2 = ? ??????????????2??1?? ??1??2

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液滴直徑的改變??=??? 破碎常數(shù) ????????≤

????????> Wet=12KH破碎的新液滴直徑rKH和特征破碎時間??????=

長波的波長，ΩKH是最大??????Ω

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RT破碎的新液滴直徑rRT和特征破碎時間??????=??????=圖1計表3項值k-速度氣相溫度表4項值煤油質(zhì)量流率煤油溫度霧化角度噴嘴直徑2噴射(a)顆粒粒徑空間分 (b)顆粒速度空間分圖2顆粒霧化的空間圖3采用BlobSheetAtomization初級破碎模型和其他次級破碎模型得到的無量綱圖4采用HollowConeinjector初級破碎模型和其他次級破碎模型得到的無量綱從圖

圖5LISA，LISA+ReitzKHRT得到的無量綱碎模型中，ReitzKHRT模型是最佳的二級破碎模型，無論采用BlobSheet從圖3和圖4分析比較看，模型和模型預測的最近于實驗數(shù)據(jù)，然而從預測的曲線發(fā)展來看，模型優(yōu)于模型實驗得到的曲線從測量的起始點開距離噴嘴基本處于下降趨勢，然而在左右時卻呈輕微上升趨勢圖3可以看到，模型所預測的趨勢同樣在10-的區(qū)間呈下降趨勢，而在左右D呈現(xiàn)輕微上升趨勢，只是在點處，其預測的與實驗結果誤差較結合圖2該處正處于液滴稠密區(qū)域，液滴之間的碰撞激烈發(fā)生，然而液滴之間碰撞的結果非常復雜[14]擬中所采用的jectry簡化了液滴之間碰撞的行為描述，因此，模型以及模型點產(chǎn)生了最大的誤差。在的下游區(qū)域，可以看出，模型所預測的呈輕微下降趨勢這與實驗數(shù)據(jù)不符，因此，從10個平面的預測數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的對比，以及發(fā)展趨勢分析，模型是最優(yōu)相對于其他二級iK模型所預測的破碎率大于A和RitzDiwakarA模型則與相差不大。根據(jù)Lee[8]模型相比較，由于模型需要波增長時間該模型預測的破碎集中在噴霧這H圖5所示曲線則是采用I作為初級單獨采用I初級破碎模型即可得到比較好的破碎效果，如再使用iT作為二級破碎模型，所預測的會小于實驗數(shù)據(jù)，即了液滴的破碎率，從而導致較小的。需要注意的是，從表1的模型設置可以看出，采用I作為初級破碎模型的算例中全部關閉值會遠大于實驗數(shù)據(jù)，可能的之一是IA模型假設的初級破碎主要發(fā)生在油嘴附近[7,8]表5粒徑范圍模型21-模型7-模型22-模型21-模型22-模型21-模型8-模型15-模型18-模型18-30-結無論對于BlobSheetAtomization或者HollowK?rrholmFP.NumericalModellingofDieselSprayInjection,Turbulence ctionandCombustion[D].SE-412G?teborgSweden:ChalmersUniversityofTechnology,YeomJK,JungWS.Studyofbehaviorcharacteristicsofdieselfuelsprayaccordingtobreakupmodels[J].JournalofThermalScienceandTechnology.2015;10(1):JTST0005-JTST.YousefifardM,GhadimiP,MirsalimM.Numericalsimulationofbiodieselsprayunderultra-highinjectionpressureusingOpenFOAM[J].JournaloftheBrazilianSocietyofMechanicalSciencesandEngineering.2014;37(2):737-46.LiZ-H,HeB-Q,ZhaoH.Applicationofahybridbreakupmodelforthespraysimulationofamulti-holeinjectorusedforaDISIgasolineengine[J].AppliedThermalEngineering.2014;65(1-2):282-92.IrannejadA,JaberiF.Largeeddysimulationofturbulentspraybreakupandevaporation[J].InternationalJournalofMultiphaseFlow.2014;61:108-28.ParkSW,KimHJ,LeeKH,LeeCS.AtomizationcharacteristicsandpredictionaccuracyofLISA-DDBmodelforgasolinedirectinjectionspray[J].KsmeInternationalJournal.2004;18(7):1177-86.ParkSW,KimHJ,LeeCS.NumericalandexperimentalysisofsprayatomizationcharacteristicsofaGDIinjector[J].KsmeInternationalJournal.2003;17(3):449-56.LeeCS,KimHJ,ParkSW.Atomizationcharacteristicsandpredictionaccuraciesofhybridbreak-upmodelsforagasolinedirectinjectionspray[J].PIMechEngD-JAut.2004;218(D9):1041-53.兩相流霧化模型的數(shù)值方法研究.綿陽:西南科技大學,2009.SenecalPK,SidtDP,NouarI,RutlandCJ,ReitzRD,CorradiniML.Modelinghigh-speedviscousliquidsheetatomization[J].InternationalJournalOfMultiphaseFlow.1999;25(6-7):1073-97.HanZY,ParrishS,FarrellPV,ReitzRD.Modelingatomizationprocessesofpressure-swirlhollow-conefuelsprays[J].AtomizationSpray.1997;7(6):663-84.ReitzRD,DiwakarR.StructureofHigh-PressureFuelSpray[J].SAETechnicalPaper870598.SidA.Experimentalcharacterizationofthetwophaseflowofamodern,piezoactivatedhollowconeinjector[J].Switzerland:SwissFederalInstituteofTechnology,2012.OrmeM.Experimentsondropletcollisions,bounce,coalescenceanddisruption[J].ProgEnergCombust.NumericalinvestigationsofkerosenesprayatomizationwithvariousbreakupmodelsusingOpenFOAMWuYingchuan1,HeYuanyuan1,LiuTao2,Hu(1ScienceandTechnologyonScramjetLaboratory,HypervelocityAerodynamicsInstituteofCARDC,SichuanMianyang,621000,)(2SchoolofComputerScienceandTechnology,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,SichuanMianyang,621010,)Numericalsimulationsareconductedtoinvestigatetheprocessofcoldstatekerosenesprayofhollowconenozzlewith12differentbreakupmodelsusingOpenFOAM?.TheresultsshowthatReitzDiwakarsecondarybreakupmodelisbad,whatevertheprimarybreakupmodelis.Andthepredictedparcels’diametersarelowerthanthemeasuredoneswithLISA+ReitzKHRT,asmeansthatLISAmodelalonecandescribetheprocessofatomizationwell.ThepredictedSMD(SauterMeanDiameter)fromBlobSheetAtomization+ReitzKHRTagreeswellwiththemeasuredone,an