超临界喷雾中涡的演化过程数值研究

摘要

针对Sandia国家实验室关于正十二烷喷雾的试验数据,基于开源软件平台Open⁃Foam,采用大涡模拟方法对以正十二烷为燃料喷入超临界和亚临界环境中的喷雾过程进行了三维数值模拟。该喷雾模型使用Peng–Robinson状态方程及真实流体的热物性和输运系数计算方法。将计算得到的喷雾贯穿距和燃油质量分数与试验结果进行对比,证明所构建的喷雾模型能准确地捕捉超临界状态下喷雾的特征。通过对超临界和亚临界两种环境下喷雾过程的比较,重点研究了不同环境下燃油扩散混合过程的差异和涡的演化过程。计算结果表明,超临界环境下的射流扩散率和扩散角度均大于亚临界,在超临界环境下燃油射流与环境气体间的扩散混合效率更高。射流在超临界状态下会加速涡的形成,从而促进射流与周围气体的混合。射流与周围气体间的速度梯度是决定高速射流中涡演化过程的主要因素。超临界环境下大密度梯度的存在会使斜压转矩增大,从而促进涡的发展,密度梯度对射流发展有着重要影响。