流体力学的な効果を考慮した高圧噴霧燃焼モデルの構築

考虑流体动力效应的高压喷雾燃烧模型构建

基本信息

批准号：
09750211
负责人：
賈為
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

高温・高圧雰囲気中を運動する燃料液滴の蒸発・燃焼過程に対する新しい計算法を開発した。(1)気液界面をシャープに捉える移動座標法を新たに考案し、計算過程における質量の保存特性を著しく改善した。その成果はInt.Symp.on Comput.Tech.for Fluid/Thermal/Chemical Systems with Industrial Applicationsで発表した。(2)移流項の時間積分法にsemi-Langrangian法を導入し、CFL条件による時間刻み幅の制約を取り除いた。(3)定容積燃焼の場合、実在気体の状態方程式を用いるときのベース圧力の決定方法を考案した。開発された計算法は気液界面、表面張力、亜臨界から超臨界への遷移を精度よく計算できる。亜臨界から超臨界の範囲にわたって、数値解析を行い、対流速度が液滴の蒸発・燃焼特性に与える影響、遷移パターン、表面張力の影響、2次元と軸対称3次元液滴の違い、液滴の衝突による蒸発過程の影響などを調べ、以下のことが明らかになった。(1)運動する液滴が大きく変形する。(2)着火は液滴の後部から起きる。(3)着火後、火炎は液滴から急速に離れ、液滴の蒸発・燃焼過程が独立に進行している。(4)蒸発速度は液滴の初速度に比例する。(5)燃焼は蒸発完了後も長く続く。燃焼速度は液滴の初速度に無関係である。(5)亜臨界から超臨界への遷移は温度の高い部分、すなわち、液滴の前面、リング渦部分の順に起きる。(7)初期液滴間距離が液滴直径の5倍以上の場合、液滴が衝突せずに、蒸発が完了する。(8)超臨界領域において、雰囲気圧の上昇に伴い、蒸発時間が短くなる。以上、得られた新しい知見に基づき、流体力学的な効果を考慮した高圧噴霧燃焼モデルを作成した。軸対称間欠噴霧について、(1)新しいモデルを組み込んだシミュレーションと、(2)直接シミュレーションを行い、定性的によい一致を得ている。

已经开发了一种新的计算方法，用于在高温和高压气氛中移动的燃料液滴的蒸发和燃烧过程。（1）设计了一种新的移动坐标方法，该方法迅速设计了气体液体界面，从而显着改善了计算过程中质量的保护特性。结果在Int.Symp.on Comput.Tech.Tech。用于具有工业应用的流体/热/化学系统。（2）将半边缘方法引入了对流项的时间整合方法，并去除了由于CFL条件引起的时间步宽的约束。（3）在使用恒定体积燃烧的情况下，已经设计了使用实际气体状态时确定基本压力的方法。开发的计算方法允许准确计算气液界面，表面张力以及从亚临界到超临界的过渡。进行了数值分析，对亚临界条件到超临界条件的范围进行，对流速度对液滴的蒸发和燃烧特性的影响，过渡模式，表面张力，二维和轴对称3D液滴之间的差异以及液滴碰撞引起的蒸发过程以及下面的蒸发过程以及下面的效果。（1）移动液滴显着变形。（2）点火从液滴的背面发生。（3）点火后，火焰迅速与液滴分离，液滴的蒸发和燃烧过程独立发展。（4）蒸发速率与液滴的初始速度成正比。（5）即使蒸发完成后，燃烧仍会长时间持续。燃烧速率与液滴的初始速度无关。（5）从亚临界到超临界的过渡是在温度较高的温度（即液滴的前部）和环涡旋的情况下发生的。（7）如果初始液滴到滴头的距离是液滴直径的5倍或多次，则液滴不会碰撞并且蒸发完成。（8）在超临界区域，随着大气压力的增加，蒸发时间变短。基于上面获得的新发现，考虑了流体动力效应，创建了高压喷雾燃烧模型。对于轴对称间歇性喷雾剂，（1）进行了合并新模型和（2）直接模拟的模拟以获得定性良好的一致性。