基于Fluent的双燃料喷嘴数值模拟研究

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本文基于有限元数值模拟计算的方法,对机械加工模型的天然气喷嘴和燃油喷嘴开展了三维流场的数值模拟研究工作,并在技术指标的要求下,结合实验数据验证了数值模拟的可靠性。然后采取相同的仿真方案,对3D打印模型的天然气喷嘴和燃油喷嘴在相关压力点工况下的流场分布状况及性能参数进行了数值模拟研究。本文主要的研究内容如下:(1)对机械加工模型的天然气喷嘴在8个压力点工况下的流场分布状况以及性能参数进行了数值模拟研究,并在技术指标的要求下,结合实验数据验证了数值模拟的可靠性。研究表明,其体积流量的最大误差为7.83%。(2)对机械加工模型的燃油喷嘴在无辅助空气作用下的内流场、核心流道部分以及外流场进行了数值模拟研究,分析其在7个压力点工况下的雾化液滴分布以及性能参数的结果,并在技术指标的要求下,结合实验数据验证了数值模拟的可靠性。研究表明,其质量流量和雾化锥角的最大误差分别为9.83%、4.63%。同时,通过查阅相关文献对雾化粒度的数值模拟结果进行了验证。(3)对机械加工模型的燃油喷嘴在辅助空气作用下(14kPa)的雾化性能进行了数值模拟研究,分析其在7个燃油工况下的雾化液滴分布以及性能参数的结果,并在技术指标的要求下,结合实验数据验证了数值模拟的可靠性。研究表明,其体积流量的误差为9.62%。同时,通过查阅相关文献对雾化粒度的数值模拟结果进行了验证。(4)采取相同的仿真方案,对3D打印模型的天然气喷嘴和燃油喷嘴在相关压力点工况下进行了数值模拟研究。研究表明,天然气喷嘴的射流喷射状况较为良好。同时,其体积流量、质量流量、不均匀度在压力点工况下的极大值(极小值)分别为 0.0355 m3·s-1(0.0252 m3·s-1)、0.1341 kg·s-1(0.0203 kg·s-1)、0.364(0.261),且体积流量阻塞点处的压力值为0.15 MPa;在无辅助空气作用下,燃油喷嘴的雾化液滴分布呈中空的圆锥状分布。同时,其质量流量、雾化锥角、雾化粒径以及不均匀度的极大值(极小值)分别为0.1080 kg.s-1(0.0271 kg·s-1)、112°(99。)、266.79 μm(46.76μm)、0.647(0.487),且在大于1.5 MPa 后,雾化粒径最终将稳定在46μm左右;在不同辅助空气作用下,燃油喷嘴的雾化液滴分布都呈实心的类圆锥状分布。同时,其雾化粒径、雾化锥角以及不均匀度的极大值(极小值)分别为 35.93 μm(19.09μm)、114°(94°)、0.830(0.719),且雾化粒径在不同辅助空气作用下(10、14、20kPa)最终会分别稳定在31、28、25 μm左右。本文从数值模拟的角度,很好地对3D打印模型的天然气喷嘴和燃油喷嘴的流场分布状况以及性能参数进行了研究分析,并对后续3D打印模型进一步的优化设计起到了指导的作用。
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