【技术实现步骤摘要】
一种预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法
[0001]本专利技术涉及一种预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,属于船用柴油机喷雾与燃烧测试技术。
技术介绍
[0002]对于船用柴油机缸内喷雾与燃烧情况进行深入研究,是实现节能减排目标的有效手段。通过构建喷雾及燃烧的现象学模型,可以对油束在缸内喷射所产生的时空干涉问题进行数值仿真计算,进而为后续的相关实验提供参照与预测结果,从而达到控制燃烧速率,调节喷油规律的作用,为船用柴油机系统的优化提供理论依据。
[0003]在现有的现象学模型建模方法中多基于前人总结的各类经验公式,不能从原理上反映缸内油束喷雾及后续燃烧的具体情况,更不能反映缸内油束复杂的能量及动量变化,计算过程也更耗时。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决现有的现象学模型建模方法中无法从能量及动量守恒上反映缸内油束喷雾及后续燃烧的具体情况而提供一种现象学模型建模方法,可以对缸内油束的喷雾问题进行数值仿真计算,为后续的船用柴油机系统优化提供预测结果及理论依据。
[0005]针对现有技术的不足之处,本方案提出了一种基于粒子动力学和概率分布现象学模型的预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,可以准确地预测缸内油束喷雾及燃烧,显著地提高数值模拟运算速度,解决了在工程实验中需要准确快速地得出模型预测结果的问题。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的:
[0007]一种预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,该方法包括以下步骤:
[0008]所述现象学 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,其特征在于,包括以下步骤:建立以概率学分布为基础,利用正态分布,建立喷雾模型中小液滴的速度概率分布与浓度概率分布的关系的喷雾模型;液滴水平方向的分速度形成燃油喷雾贯穿距,竖直方向的分速度造成燃油液滴在二维平面上的展开,根据正态分布里的三西格马原则,确保燃油液滴均分布在燃油喷雾范围之中;利用能量守恒及质量守恒定律计算燃油油柱破碎后的油滴初速度;对于燃油破碎过程做简化,并根据所得的油滴初速度计算燃油喷雾贯穿距。2.根据权利要求1所述的预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,其特征在于,所述浓度概率分布的概率密度是径向划分为10个区间,依次为:0.0056、0.0275、0.079、0.1591、0.2262、0.2262、0.1591、0.079、0.0275、0.0056。3.根据权利要求2所述的预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,其特征在于,油滴初速度计算公式为:其中u1为破碎之前燃油的向前运动速度;u2为破碎之后燃油的向前运动速度、ρ为破碎之前的燃油密度、σ为燃油的表面张力系数、D为喷孔直径;d为索氏平均直径。4.根据权利要求3所述的预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,其特征在于,对于燃油破碎过程做简化具体为:在破碎时油柱直接破碎成液滴,且这些液滴的直径相同;油柱破碎变成液滴是在极短的时间内完成的,即在破碎的那一瞬间空气阻力不做功,只有液体表面张力与燃油内部的拉普拉斯压力做功,将燃油油柱的一部分动能转化为燃油液滴表面自由能与拉普拉斯压力能。5.根据权利要求4所述的预测缸内油束喷雾及燃烧现象的建模方法,其特征在于,根据所得的油滴初速度计算燃油喷雾贯穿距具体为:燃油液滴在缸内所受的气体阻力导致液滴减速的加速度公式如下所示:上式中:ρ
g
为定容弹内的气体密度;K1为由于液滴蒸发造成直径变化而给定的修正系数;u为液滴在同一个时间步长内的速度;ρ
f
为燃油密度;R
f
索氏平均半径;根据下面的公式得出每一个时间步长内燃油液滴的运动速度:u
i+1
=u
i
‑
a
i
h (8)上式中:h为选定的时间步长;u
i+1
为第i+1个时间步长内的燃油液滴的运动速度;u
i
为第i个时间步长内的燃油液滴的运动速度;a
i
为第i个时间步长内燃油液滴的加速度;将根据式8中所得出的燃油液滴在第i+1个时间步长内的运动速度代入式7中便可得出燃油液滴在第i+1个时间步长内的加速度,然后式7与式8两者反复迭代,直至求出所需要的所有时间步长内的速度与加速度;在求出每一个时间步长的速度与加速度后,利用每一个时间步长内的燃油液滴运动的平均速度与时间步长的乘积得出这一个时间步长内的喷雾贯穿距,其求解公式如下所示:S
i+1
=S
i
+u
avg
h
上式中:h为选定的时间步长;S
i
为第i个时间步长时的喷雾贯穿距;S
i+1
为第i+1个时间步长时的喷雾贯穿距;u
avg
为第i个时间步长内的平均速度,当选择的时间步长足够小时,该时间步长内的平均速度即为首末两个时间点的...
【专利技术属性】
技术研发人员:林枫,张天,马玉辉,杨少雷,袁宇琦,
申请(专利权)人:中国船舶重工集团公司第七零三研究所,
类型:发明
国别省市:
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