超临界状态下二甲醚和正庚烷冷态喷雾数值模拟研究

论文摘要

为了探究湍流模型和真实气体状态方程在超临界工况下的适用性以及燃料喷雾的发展过程,本文以二甲醚和正庚烷超临界喷雾实验为对象进行了数值模拟研究。在二甲醚超临界喷雾数值模拟研究中,采用RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）和LES（Large eddy simulation）湍流模型耦合KH-RT（Kelvin-Helmholtz Rayleigh-Taylor）模型研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷与正庚烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距和径向扩散的影响。结果表明,与RANS模型相比,LES湍流模型模拟的结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,二甲醚超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷和正庚烷超临界喷雾;喷雾贯穿距和径向扩散随环境压力的增大而减小,随环境温度、喷射压力和喷射温度的升高而增大。在正庚烷超临界喷雾数值模拟研究中,分别用欧拉-拉格朗日和欧拉-欧拉方法进行了数值模拟,并对模拟的结果分别从温度、质量分数和密度分布进行对比分析。结果表明,在超临界工况下,温度随喷雾轴向和径向距离增大而升高,质量分数和密度随轴向和径向距离增大而减小;从温度、质量分数和密度变化对比,发现在超临界工况下,喷雾雾化过程存在三个区域,即中心层液核区域、中间层气液混合层以及最外层的气体层;在超临界工况下,PR（Peng-Robinson）方程模拟的结果比SRK（Redlich-Kwong-Soave）、RK（Redlich-Kwong）方程的更优。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文研究内容
• 第2章 超临界喷雾数值模拟方法
•   2.1 湍流模型
•     2.1.1 RANS湍流模型
•     2.1.2 大涡模拟
•   2.2 VOF模型
•     2.2.1 控制方程
•     2.2.2 表面张力
•   2.3 KH-RT模型
•   2.4 真实气体状态方程
•     2.4.1 RK方程
•     2.4.2 SRK方程
•     2.4.3 PR方程
•   2.5 本章小结
• 第3章 二甲醚和正庚烷超临界喷雾计算模型的建立
•   3.1 CONVERGE和ENSIGHT模拟软件介绍
•   3.2 二甲醚超临界喷雾数值计算模型的建立
•     3.2.1二甲醚超临界定容非燃烧喷雾实验
•     3.2.2 建立二甲醚超临界喷雾数值计算模型
•   3.3 正庚烷超临界喷雾数值模型的建立
•     3.3.1正庚烷定容喷雾实验
•     3.3.2 建立正庚烷超临界喷雾数值模型
•   3.4 本章小结
• 第4章 二甲醚超临界喷雾的模拟结果及分析
•   4.1 模型验证
•   4.2 基于RANS和LES模型对比研究
•     4.2.1 二甲醚超临界与亚临界喷雾对比
•     4.2.2 二甲醚、正庚烷、异辛烷超临界喷雾对比
•   4.3 压力和温度的变化对二甲醚超临界喷雾的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 正庚烷超临界喷雾的模拟结果及分析
•   5.1 欧拉-拉格朗日数值模拟的结果及分析
•     5.1.1 温度分布
•     5.1.2 质量分数分布
•     5.1.3 密度分布
•     5.1.4 实验验证及分析
•   5.2 VOF方法下数值模拟的结果及分析
•     5.2.1 温度分布
•     5.2.2 质量分数分布
•     5.2.3 密度分布
•     5.2.4 模型验证
•   5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 本文结论
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吉继昌

导师: 应保胜

关键词: 二甲醚,正庚烷,超临界,真实气体状态方程

来源: 武汉科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,动力工程

单位: 武汉科技大学

分类号: O35;TK401

总页数: 65

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