基于柴油的燃油射流超近距平板撞壁喷雾特性数值模拟研究#杜宝国1,2，孙彦华1,2，生南南1,2*510152025303540（1.大连理工大学内燃机研究所；2.大连理工大学船舶制造国家工程研究中心，大连116024）摘要：喷雾结构及其空间分布直接影响燃油的雾化质量与混合气形成过程，进而对柴油机的燃烧与排放特性产生重要影响。本文从有效减小喷雾主射流区体积并改善喷雾空间分布的角度出发，对超近距平板撞壁喷雾的空间分布特性进行初步探索。应用三维CFD软件Star-CD对超近距条件下不同入射角、不同喷孔直径、不同环境温度、不同背压下的撞壁喷雾特性进行了数值模拟研究。结果表明：在超近距平板撞壁条件下，随着入射角度逐渐变小，喷雾沿壁面贯穿距增加；随着喷孔直径的增大，喷雾沿壁面贯穿距离及最大速度减小；随着环境温度及背压的升高，喷雾沿壁面贯穿距离及最大速度降低。关键词：柴油机；超近距撞壁；喷雾特性；数值模拟中图分类号：TK421ResearchofDieselSprayCharacteristicsBasedonUltra-NearWallInteractionDUBaoguo1,2,SunYanhua1,2,ShengNannan1,2(1.InstituteofInternalCombustionEngines,DalianUniversityofTechnology;2.NationalEngineeringResearchCenterofShipbuilding,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:Spraystructureanditsspatialdistributionhavesignificantinfluenceonthefuelatomizationandmixtureformation,furtheraffectthecombustionandemissionofdieselengine.Basedontheperspectiveofreducingthemainsprayjetareavolumeandimprovingsprayspatialdistribution,thispaperinvestigatedthefuelsprayspatialdistributionofultra-nearwallinteractionpreliminarily.ThethreedimensionalCFDpackageStar-CDwasusedtoevaluatetheinfluenceofnozzleholediameters,ambienttemperatureandbackpressureonthecharacteristicsofsprayimpingement.Theresultsshowedthatthepenetrationdistanceincreasedwiththereductionoftheincidentangleanddecreasedasthenozzleholediameterincrease.Withtheincreasingofambienttemperatureandbackpressure,thepenetrationdistanceandthemaximumvelocityalongthewalldecreased.Keywords:Dieselengine;Ultra-nearwallinteraction;Spraycharacteristic;Numericalsimulation0引言燃油喷雾特性及其与空气混合过程是影响柴油机燃烧与排放性能的重要因素。柴油喷雾的宏观结构主要包括高密度、高速率油滴组成的主射流区和其外围低密度、高紊流油滴与空气组成的混合流区两部分[1]。传统柴油机的燃烧主要为边喷油、边燃烧的扩散燃烧过程，燃油射流中液核下游过浓的预混合区被认为是喷雾燃烧中碳烟生成的根源，而理论当量比下的扩散燃烧则是NOx生成的本源[2]。当代中小型直喷柴油机的燃油喷射压力呈现出越来越高的发展趋势，油束与燃烧室壁面发生碰撞已不可避免，而由此导致的燃油壁面堆积会对柴油机的燃烧和排放产生不利影响。另一方面，喷雾撞壁后其前锋的“卷毯”作用、油滴破碎的基金项目：教育部博士点新教师基金（20100041120041）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（DUT12LAB01）作者简介：杜宝国（1974-），男，讲师，主要从事内燃机燃烧、喷雾、代用燃料及CFD研究.dubg@dlut.edu.cn-1-二次雾化及撞击热壁而产生的“热反溅”作用，则可加强对空气的卷吸、提高雾化质量及改善燃油的空间分布[3]。因此，采用合理的技术措施积极地利用喷雾撞壁效应，也是实现改变4550556065喷雾形态、加强喷雾雾化、提高混合气质量、改善燃烧过程的一种有效手段。国内外很多专家学者在碰撞喷雾方面进行了大量而深入的研究工作[4,5]，并开发出了一些典型的燃烧系统，如日本丰田公司的TRB燃烧系统、日本清洁发动机研究所的OSKA燃烧系统、天津大学的BUMP燃烧系统、日本工业大学的NICS燃烧系统等[6-9]。近年来，我国大连理工大学先后开发了利用油束近距撞壁强化雾化的第三代伞状喷雾燃烧系统[10]和多片喷雾燃烧系统[11]。本文正是在此新型燃烧系统开发研究的基础上，为了进一步深入探究燃油超近距碰撞条件下撞壁喷雾的分布特性及发展规律，采...