文稿力学大会2015集ms3439

力学大会力学大会-吴颖川 速空气动力高超声速冲压发动机技术重点，绵阳#（师范大学大学天华学院，201815）模型对煤油雾化进行了预测。模拟结果表明ReitzDiwakar模型雾化效果很差，LISA+ReitzKHRT模拟的粒径偏低，说明采用LISA模型一次破碎已经可以达到实验的效果。BlobSheetAtomization+ReitzKHRT模型预测的SMDSauterDiamter)与测值单独使用模型也能获得较好的预测值，级破碎模型和初级破碎模型模型的模拟结模型模拟的截面粒径分布在峰值上与实验值但是数据更为综合看来在考虑T，ReizDiwakr以及不考虑次级破碎模型与实验M的接近程度依次递减，而混合模型和单独使用模型则大大 了S说明在采用模型时,再采用Traetor不。空心锥喷嘴，雾化，破碎模型，SMD(SauterMeanDiameter)，OpenFOAM®引液体的雾化、破碎是现代社会中普遍存在的现象，其实质是将液体使用高喷射从喷嘴喷射到环境空气中，通过高速液体与相对静止的环境空气之间存在的烧。这一现象普遍发生在汽油/柴油发动机、发动机，以及液体火箭的推力室中。随着环保意识的日益高涨，以及相关的不断完善[1]对于液体的燃烧与污喷雾雾化过程中的液滴平均直径和液滴尺寸分布直接影响燃烧效率和污染物的排放，因此对于液体雾化过程研究对于清洁、高效燃烧的研究有着积极、重大的意义。液体的喷雾过程极为复杂，是多种因素综合、相互作用的结果，包括：管道流，喷雾过程划分为管道内流动、级破碎与次级破碎三个阶段。其中，管道内流动主要发生在喷嘴 管道中，其对于喷雾的形成起重要作用，其中的液体流动状态对喷出口处的原始液体速度分布起决定作用，管道 液体的速度与也对空穴效应的形成有直接影响；初级破碎主要发生在喷嘴出口下游附近，其主要受空穴效应与湍流作用，高速喷射液体与环境空气之间的剪切作用被忽略，在该阶段，原始液体破碎为大的液块、液膜，或者大的液滴；次级破碎则发生在喷雾的相对下游区域，在此区域，由于已经远离喷嘴，所以对液滴破碎起主要作用的因素是液滴与环境空气之间相对速度所引起的曳力，以及液滴之间相互的碰撞、合并，和蒸发之间的结合。例如，JeongKukMahdi等[3]则使用开源计算软件OpenFOAM®模拟了在喷射（300MPa）下生物积，对于雾化锥角的预测存在少许偏差。进一步分析发现随着喷射升高，贯穿长度会增长，雾化锥角的变化则相对较小，此外，雾化锥角还与黏性相关。Zhi-Hua1）Theprojectwassupportedby 2）的影响。研究结果表明环境会增强剪切力引起的破碎，尽管该会总体降低喷雾的破碎；随着环境的升高，由喷射引起的雾化现象会更加明显。Abolfazl机破碎模型的基本是其计算代价较低。SungWookPark等[6,向平均速度等指标来分别从宏观与微观角度研究汽油直喷喷雾的特性。Lee,C.本文中，则采用LISA、BlobSheetAtomization以及HollowInjetor三初级破碎模型，和iHTTT、ReitzDiwaar等四种级破碎模型，以及关闭次级破碎模型，一共设计了12种不同的破碎模型组合算例来预测空心喷嘴的雾化、破碎过程，使用来衡量不同混合模型对于喷雾过程描述的准确性，力求找到最适合空心锥喷嘴的混合破碎模型，并以此模型为基础，研究空心锥喷雾

表1 碰撞与合并 蒸发模 曳力模 传热模型 BlobSheet BlobSheet BlobSheet BlobSheet

Blob

Hollow- HIJHollow-Hollow-Hollow-KL表2模型类𝑏𝐿=

𝑙𝑛=LISA模型

𝜂0）

𝑑3= 液滴直径dD

𝐾𝐿

ℎ= ℎ= 1𝑋 [𝜋𝑑0𝜌𝑙(𝑝1‒𝑝2)(1‒液膜的破𝜂长

𝜌𝜎𝐾𝑙𝑛(𝜂

Blob

𝐿=[

]]013 模型 -ln()=

液滴变形参 𝐶𝐹𝜌𝑔𝑢2 = ‒ 𝑦̈‒𝐶𝑏𝜌𝑙𝑟2𝜌1𝑟 𝜌1𝑟2

是液滴与环境气体之间 𝜌[[

6𝐾‒∗0∗0

𝑦̈子，0是变𝑦̈值，对TAB模型，0=0

𝐾

液滴直径的改变𝑟=𝑒‒ 破碎常数 𝑖𝑓𝑊𝑒≤

𝑖𝑓𝑊𝑒> Wet=12KH破碎的新液滴直径rKH和特征破碎时间𝑟𝐾𝐻=

长波的波长，ΩKH是最大𝜏𝐾𝐻Ω

Λ𝐾𝐻

𝑑𝑟=

𝑟‒

RT破碎的新液滴直径rRT和特征破碎时间𝑟𝑅𝑇=𝜏𝑅𝑇=图1计表3项值k-速度气相温度表4项值煤油质量流率煤油温度雾化角度喷嘴直径2喷射(a)颗粒粒径空间分 (b)颗粒速度空间分图2颗粒雾化的空间图3采用BlobSheetAtomization初级破碎模型和其他次级破碎模型得到的无量纲图4采用HollowConeinjector初级破碎模型和其他次级破碎模型得到的无量纲从图

图5LISA，LISA+ReitzKHRT得到的无量纲碎模型中，ReitzKHRT模型是最佳的二级破碎模型，无论采用BlobSheet从图3和图4分析比较看，模型和模型预测的最近于实验数据，然而从预测的曲线发展来看，模型优于模型实验得到的曲线从测量的起始点开距离喷嘴基本处于下降趋势，然而在左右时却呈轻微上升趋势图3可以看到，模型所预测的趋势同样在10-的区间呈下降趋势，而在左右D呈现轻微上升趋势，只是在点处，其预测的与实验结果误差较结合图2该处正处于液滴稠密区域，液滴之间的碰撞激烈发生，然而液滴之间碰撞的结果非常复杂[14]拟中所采用的jectry简化了液滴之间碰撞的行为描述，因此，模型以及模型点产生了最大的误差。在的下游区域，可以看出，模型所预测的呈轻微下降趋势这与实验数据不符，因此，从10个平面的预测数据与实验数据的对比，以及发展趋势分析，模型是最优相对于其他二级iK模型所预测的破碎率大于A和RitzDiwakarA模型则与相差不大。根据Lee[8]模型相比较，由于模型需要波增长时间该模型预测的破碎集中在喷雾这H图5所示曲线则是采用I作为初级单独采用I初级破碎模型即可得到比较好的破碎效果，如再使用iT作为二级破碎模型，所预测的会小于实验数据，即了液滴的破碎率，从而导致较小的。需要注意的是，从表1的模型设置可以看出，采用I作为初级破碎模型的算例中全部关闭值会远大于实验数据，可能的之一是IA模型假设的初级破碎主要发生在油嘴附近[7,8]表5粒径范围模型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-结无论对于BlobSheetAtomization或者HollowKärrholmFP.NumericalModellingofDieselSprayInjection,Turbulence ctionandCombustion[D].SE-412GöteborgSweden: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):1041-53.两相流雾化模型的数值方法研究.绵阳:西南科技大学,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