高压甲烷圆形喷嘴的射流特性仿真

摘要

天然气缸内直喷是当前的热点技术之一,研究其射流特性及射流卷吸规律对优化直喷天然气发动机有重要意义.建立了三维模型,开展了高压甲烷气体在圆形单喷孔中的射流特性三维仿真研究,并结合质量流量和贯穿距离试验结果验证了模型;研究了入口压力为5、10和20 MPa、背压为2 MPa时喷嘴内流动以及气体射流的变化规律.结果表明:喷嘴出口处射流速度达到音速时,出现速度雍塞;根据气体射流平均速度发展趋势,喷嘴外气体射流可分为两个区域:喷嘴近端区域,气体离开喷嘴迅速膨胀,形成马赫盘,导致该区域气体射流速度迅速下降;喷嘴远端区域,马赫盘消失,气体膨胀作用较小,气体射流速度趋于平缓;在近喷嘴端区域,射流天然气对背景气体的卷吸能力较强,气体射流区域的质量流量增加率较大,而在喷嘴远端区域,卷吸能力减弱,射流区域的质量流量变化不大.因而可知高压甲烷射流特性及其对背景气体的卷吸影响作用有助于研究直喷天然气缸内混合过程.