超臨界噴霧中渦的演化過程數(shù)值研究

李 瀟，王佔元，劉宗寬，周 磊，衛(wèi)海橋

（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國家重點實驗室，天津 300072）

0 概述

隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重和化石能源短缺問題的不斷加劇，內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的排放法規(guī)也逐漸嚴(yán)格。優(yōu)化燃燒過程和提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率是降低污染物排放的有效手段，而燃油的霧化及混合氣的形成直接影響燃燒的進(jìn)行，對燃油在缸內(nèi)的擴(kuò)散混合過程進(jìn)行研究有重要意義。

在現(xiàn)代發(fā)動機(jī)上，先進(jìn)燃燒模式和增壓技術(shù)的使用提高了熱效率，也使得缸內(nèi)溫度和壓力不斷增高。在某些高增壓發(fā)動機(jī)上，燃油在噴射初始時刻缸內(nèi)壓力和溫度可達(dá)2.5 MPa 和700 K，已經(jīng)超過大部分烴類燃油的臨界壓力和溫度，例如正十二烷的臨界壓力和溫度分別為1.82 MPa 和658 K。由此可見，缸內(nèi)壓力和溫度超過燃料臨界點的狀況會大概率發(fā)生，對超臨界環(huán)境下的噴霧特性進(jìn)行研究顯得尤為重要。

超臨界流體具有獨特性質(zhì)，文獻(xiàn)［1］中通過試驗證明超臨界流體密度類似液體，黏度類似氣體，而擴(kuò)散性質(zhì)介于液體和氣體之間。由于超臨界流體的特殊物性，燃油在超臨界環(huán)境下的噴霧也表現(xiàn)出不同于亞臨界環(huán)境的特有屬性。亞臨界環(huán)境下由于表面張力的存在，射流與周圍氣體之間存在明確的氣液界面，而在超臨界環(huán)境中的噴霧過程中，表面張力趨近于零導(dǎo)致氣液界面消失，擴(kuò)散過程靠湍流擴(kuò)散作用控制，射流表面各參數(shù)存在較大的梯度變化。關(guān)于對超臨界流體熱物性的預(yù)測，文獻(xiàn)［2］中指出超臨界流體分子間的相互作用不能被忽略，需使用真實流體狀態(tài)方程。……