Modelling Rotating Detonative Combustion Fueled by Partially Pre-vaporized n-Heptane Sprays
对部分预蒸发正庚烷喷雾作燃料的二维旋转爆轰燃烧进行了欧拉-拉格朗日数值模拟。研究了液滴直径和总当量比对爆震燃烧和液滴动力学的影响。结果表明，小的正庚烷液滴（如5 μ m）在爆轰波附近完全蒸发，中等的正庚烷液滴（如20 μ m）在爆轰波内或爆轰波后被消耗，逃逸的正庚烷液滴继续蒸发和爆燃。液滴的蒸发行为对RDE燃烧室内的液滴分布有重要影响。在两相RDC中可以看到混合的预混和非预混燃烧模式。当液滴直径较大或较小时，爆轰燃料分数都较高，当液滴直径为20 μ m时，爆轰燃料分数达到最小值。爆轰波传播速度随液滴直径的增大而减小，当液滴直径较大时（> 30 μ m），爆轰波传播速度几乎不变。与相应的气体情况相比，速度不足2-18%。此外，对于相同的液滴直径，传播速度随着总当量比的增加而增加。研究还发现，预汽化气体当量比对爆轰传播速度和爆轰燃料分数有很大影响。当液滴初始直径小于5 μm时，比冲先减小，然后随着液滴直径的增大而增大，当液滴直径大于20 μ m时，比冲最后减小。
2020-11-24 physics.flu-dyn
Computational Modeling and Analysis of Diesel-fuel Injection and Autoignition at Transcritical Conditions
对提高发动机效率的需求促使了高压燃烧系统的发展，在高压燃烧系统中，操作条件达到并超过临界条件。与这些条件相关联的是，当流体经历相变时，热传输特性的强烈变化，以及具有低温燃烧的两阶段点火。在真实流体环境中准确模拟这些物理现象仍然是一个挑战。通过解决这个问题，高保真LES建模框架的开发进行跨临界燃料喷雾混合和自燃在高压条件下的模拟。该模拟是基于最近开发的扩散界面方法，该方法解决了可压缩的多物种守恒方程以及Peng-Robinson状态方程和真实流体输运性质。LES分析是针对非反应和反应喷雾条件下的ECN喷雾A配置，在腔室条件下的压力为60巴，温度在900 K和1200 K之间，以研究实际流体环境和低温化学的影响。与全球喷雾参数测量值的比较（即，液体和蒸汽渗透长度）显示出良好的一致性。在分散的喷雾区域的混合分数分布的分析表明，在建模的湍流混合行为的准确性。在不同的环境温度条件下，从模拟结果中获得的点火延迟时间和提离长度的良好协议和中间物种的形成被捕获的模拟，表明所提出的数值框架充分再现了相应的低温和高温点火过程在高压条件下，这是相关的现实的柴油燃料喷射系统。
2018-09-24 physics.flu-dyn
Transcritical Mixing and Auto-Ignition of n-dodecane Liquid Fuel using a Diffused Interface Method
采用最近开发的有限速率大涡模拟器，在高温高压条件下对炉膛内的跨临界喷雾混合和自燃进行了高保真模拟。模拟框架是基于扩散界面（DI）方法，该方法解决了可压缩多物种守恒方程以及彭罗宾逊状态方程和真实流体输运性质。采用有限体积法和熵稳定格式，对非线性真实流体流动进行了精确模拟。LES分析是针对非反应和反应喷雾条件下的ECN喷雾A配置，在腔室条件下的压力为60巴，温度在800 K和1200 K之间，以研究实际流体环境和低温化学的影响。在全球喷雾参数和混合物分数分布方面的测量结果的比较表明，在建模的湍流混合行为的准确性。良好的整体协议的自燃过程中获得的模拟结果在不同的环境温度条件下，中间物种的形成被捕获的模拟，表明所提出的数值框架充分再现了相应的低和高温点火过程在高压条件下，是相关的现实柴油燃料喷射系统。
2018-09-24 physics.flu-dyn
Application of an Equilibrium Phase (EP) Spray Model to Multi-component Gasoline Direct Injection
基于射流理论和相平衡假设，提出了一种用于模拟柴油机高压喷油过程的平衡相喷雾模型。在该方法中，忽略了液滴破碎、碰撞和表面蒸发等非平衡过程，假设喷雾蒸发是一个混合控制的平衡过程。为了提高网格独立性，还引入了液体射流模型和气体射流模型。本文将EP模型应用于汽油缸内多孔直喷的数值模拟。该模型在环境密度为3至9 kg/m3和环境温度为400 K至900 K的条件下，针对两种不同的GDI喷射器（即发动机燃烧网络（ECN）喷雾G喷射器和GM喷射器）进行了验证。异辛烷用作替代物，与现有实验一致。结果表明，在液体/蒸汽渗透，蒸汽包络的形状，以及沿喷射器中心线的速度演变方面的良好协议。然后，一个10组份的汽油替代燃料被用来证明该模型的多组分喷雾模拟，这是必不可少的发动机燃烧和排放预测的能力。
2018-11-08 physics.flu-dyn
Eulerian-Lagrangian modelling of rotating detonative combustion in partially pre-vaporized n-heptane sprays with hydrogen addition
采用欧拉-拉格朗日方法研究了以部分预蒸发的正庚烷喷雾和氢气为燃料的旋转爆震燃烧。我们的重点是预蒸发的正庚烷当量比和液滴直径的爆轰波传播和液滴动力学两相RDC的影响。结果表明，当液滴较小时，它们被爆轰波完全汽化。然而，当液滴直径相对较大和/或爆震波数分叉时，在再填充区之外可观察到液滴。此外，爆轰速度受液滴预蒸发和直径的显著影响。流速不足在5%和30%之间变化。模拟结果表明，70%以上的正庚烷被引爆，且存在一个临界液滴直径（约20 μ m），在此直径附近，正庚烷的引爆率最小。四个液滴轨迹在RDC中，这是区分不同的蒸发时间，停留时间和液滴之间的相互作用和基本的RDC流动结构。在再填充区域内，定性地识别三种液滴类别。在再填充区右端喷射的液滴直接与爆燃表面相互作用，同时具有相对较长的停留时间。然而，更靠近行进的爆震前沿注入的液滴没有足够的时间被加热和蒸发。研究结果还表明，当预蒸发水平较低且初始液滴直径较大时，液体燃料液滴可能向燃烧室出口分散。此外，液滴分散高度随着液体燃料预蒸发而减小，而随着液滴直径而增大。
2020-11-06 physics.flu-dyn
Velocity measurements in the near field of a diesel fuel injector by ultrafast imagery
本文研究了高压单喷孔柴油机喷油器喷出燃油的速度分布。液体结构的速度是从时间分辨的超快阴影图像，形成了一个放大的双脉冲激光源耦合到一个双帧相机。对许多喷射事件的数据进行了统计分析，以绘制与喷嘴出口附近的喷雾形成相关的速度，作为喷射开始后时间的函数。这些结果揭示了测试喷射器的液体轮廓中的强烈不对称性，在孔口的相对侧上具有明显的快区域和慢区域。在射流的“快”侧和“慢”侧之间可以观察到约100 m/s的差异，从而导致喷雾中不同的雾化条件。平均而言，液滴分散在一个更大的距离从喷嘴上的“快速”侧的流动，和独特的宏观结构可以观察到的不对称速度条件下。结构速度和雾化行为的变化类似于在缩放的透明试验喷嘴中在受控条件下产生的弦状空化存在下经常观察到的流动结构。这些观察结果表明，广泛使用的共轨供应配置和现代喷油器可能会产生不对称的内部流动，强烈影响柴油喷雾形态。在这项工作中提出的测速测量代表了一个有效的和相对简单的方法来识别异常的流动行为在真正的柴油喷雾，提供新的空间分辨的信息射流外围剪切层内的流体结构和流动特性。
2013-01-28 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of reacting and non-reacting transcritical fuel sprays using multiphase thermodynamics
高压跨临界燃料喷雾的精确模拟对于下一代燃气轮机、内燃机和液体推进剂火箭发动机的设计和优化至关重要。最重要和最具挑战性的是精确模拟高压环境中复杂的真实气体效应，特别是燃料和氧化剂混合过程中的亚临界-超临界混合蒸发模式。在本文中，我们提出了一种新的建模框架，反应和非反应跨临界燃料喷雾的高保真模拟。在该方法中，高压射流解体建模使用扩散界面方法与多相热力学，它结合了多组分的真实流体动力学和热量状态方程与汽液平衡计算，以计算在跨临界压力下的混合物的热力学性质。所有多相热力学公式，提出了一般立方状态方程与快速相平衡计算方法相结合。所提出的方法表示在跨临界压力下的多相湍流流体流动，而不依赖于任何半经验的分裂和蒸发模型。燃烧源项使用有限速率化学模型进行评估，包括基于混合物中物种逸度的真实气体效应。采用自适应局部解卷积方法（ALDM）作为物理一致的湍流模型，进行了大涡模拟（LES）。LES结果表明，在跨临界操作条件下，反应和非反应ECN喷雾A的实验数据非常吻合。
2022-05-16 nlin.AO physics.app-ph physics.comp-ph
Physics-based reduced-order modeling of flash-boiling sprays in the context of internal combustion engines
本文扩展截面平均喷雾（CAS）模型用于闪急沸腾喷雾模拟，集成蒸发、破碎等子模型，在不同燃料和工况下验证其能合理预测喷雾宏观特性，且计算速度比三维CFD快最多四个数量级。
2023-07-07 physics.app-ph physics.flu-dyn
Primary spray break-up from a nasal spray atomizer using Volume of Fluid to Discrete Phase Model
本研究提出VOF-DPM模型追踪鼻用喷雾液相到液滴的转变，通过3D重建喷嘴几何并结合实验验证，揭示液柱破碎与液滴形成机制，为靶向鼻腔给药装置设计提供理论支持。
2023-05-03 physics.flu-dyn
Simultaneous high-speed internal and external flow measurements for a high-pressure diesel nozzle
我们提出了一个广泛的实验研究，重点是了解在高压柴油喷嘴的燃油喷雾的宏观特性的空化的影响。通过具有单个孔口（phi = 0.35 mm）的透明非对称圆柱形喷嘴的液体流的几个高速视频与在喷嘴附近区域中产生的喷雾的视频一起被记录，以75 kHz的帧速率以300 bar的喷射压力发出。然后，使用内部流的高重复图像来估计透明喷嘴内的空化的开始以及在喷嘴的不同区域中空化的发展概率，其中平均估计空化量随时间的变化。另一方面，记录的喷雾图像被用来研究喷雾贯穿，锥角和速度从燃油喷射开始。提出了一种新的方法来测量沿喷雾边界以大的液体结构的形式发生的扰动。
2016-09-09 physics.class-ph physics.flu-dyn
High-Fidelity Multi-Scale Simulation of Swirled Air-blast Atomization with Comparison against Experiments
针对液体燃料雾化建模难的问题，提出基于亚格子尺度与薄结构破碎模型的多尺度多域模拟方法，对旋流同轴雾化器喷雾进行端到端建模，并将在相同工况下与实验定量验证。
2023-11-07 physics.flu-dyn
Multi-component vapor-liquid equilibrium model for LES and application to ECN Spray A
本文提出并评价了一个详细的多组分两相热力学平衡模型，用于高压下液体燃料喷射和混合的大涡模拟（LES）。该模型能较好地描述超临界和多组分亚临界两相共存状态。大涡模拟结果与实验数据吻合得很好。我们还解决了著名的跨和超临界流体混合的数值挑战，并比较完全保守的制定准保守的制定的控制方程。我们的结果证明了物理和数值的一致性，这两种方法在细网格和典型LES网格上的能量守恒误差与准保守的提法展示。
2016-09-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Drop size characteristics of sprays emanating from circular and non-circular orifices in the atomization regime
本文实验研究了相同出口面积下圆形与椭圆、三角、方形孔口煤油射流的雾化特性，发现非圆形孔口因液丝和液核破碎导致SMD增大，并揭示了液滴尺寸分布随韦伯数和距离由双峰向单峰转变的规律。
2023-08-09 physics.flu-dyn
Impact of a split injection strategy on mixing, ignition and combustion behavior in Premixed Charge Compression Ignition combustion
采用无源光学和激光-光学高速诊断相结合的方法，研究了在预混合充量压燃（PCCI）相关条件下快速压缩膨胀机的混合、点火和燃烧行为。PCCI的概念是实现使用一个分裂的喷射计划，包括一个长期的基本负荷喷射和两个紧密分离的短喷射附近的上止点。先前的研究表明，在恒定的环境条件下，紧耦合双喷射的后续燃油喷雾的穿透率增加。然而，在瞬态发动机条件下，压缩冲程期间的密度上升抵消了来自前喷射的空气动力学增益。该研究证实，随后的燃料喷雾的混合速率显著增加。关于燃烧行为，热力学分析显示低温氧化反应对总放热的贡献大于20%，未燃烧燃料质量的显著量从25%变化到61%。光学数据的分析揭示了多维的影响，在当地的混合物场和点火动力学的操作参数的变化。低温反应性的第一个短喷射的发病被发现是由操作策略为主，而位置是强烈相关的本地混合状态。当前一喷射的上游低温反应性持续时，显著促进连续燃料喷雾的低温点火。同样，它表明，高温点火加速夹带持续上游低温反应。
2020-10-12 physics.app-ph physics.flu-dyn
Detailed chemistry modelling of rotating detonations with dilute n-heptane sprays and preheated air
液体燃料的利用对于在不久的将来实现旋转爆震发动机的商业化至关重要。本文采用欧拉-拉格朗日方法模拟了正庚烷稀雾和预热空气的旋转爆轰燃烧过程。采用二维平面构型，正庚烷燃烧采用44种组分、112个基元反应的骨架化学机理。首先分析了回灌区的流动结构、液滴分布和热化学参数。结果表明，在再填充区的混合物是不均匀的，包括蒸发液滴，蒸汽，和空气。当总温低于950 K时，平均当量比随总温的升高而增大。当温度高于950 K时，平均当量比几乎不变。随后，化学爆炸模式分析应用于确定燃料加注区和反应前沿的控制反应和主导燃烧模式。结果表明，在回填区的上游和下游，引发反应和低温反应分别占主导地位。低温化学反应产生的中间产物对未爆炸混合物的化学爆炸模式有重要影响。进一步分析了粒子扩散和分散液滴的影响。结果表明，在充注区发生了由液滴蒸发促进的蒸汽自燃。最后，研究了空气总温对爆轰传播速度和RDE推进性能的影响。结果表明，爆轰波传播速度和比冲随空气总温的升高而增大。
2022-02-12 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Experimental and model-assisted analysis of lamella thinning and breakup in diesel-surrogate fuel-droplet wall impingement under Leidenfrost conditions
Clemson University（克莱姆森大学）
研究正十六烷单液滴在300 - 500°C、韦伯数5.77 - 208.61的加热不锈钢壁面上的铺展与破碎，通过高速背光图像实验并结合层流 - 边缘模型分析，结果表明模型推断的层流厚度能补充传统状态图，为破碎时间提供局部状态信息。
2026-07-22 physics.flu-dyn
Theoretical analysis on droplet vaporization at elevated temperatures and pressures
液滴汽化对液体燃料的燃烧有很大的影响，对发动机的性能有很大的影响。对液滴蒸发行为的物理理解和理论解释是建立喷雾燃烧模型的决定性因素。在这项工作中，我们提出了一个完全瞬态配方液滴蒸发在很宽的温度和压力范围。控制方程通过适当的坐标变换解析求解。液滴表面温度和燃油蒸气质量分数由液-气界面的匹配条件决定。在此基础上，提出了一个描述液滴蒸发过程中液滴尺寸随时间变化的理论模型。理论模型成功地揭示了传统的认识液滴蒸发特性，其预测的液滴尺寸的历史符合文献报道的实验结果。此外，在理论分析的基础上，还分析了实验观察到的压力对液滴汽化的双重影响，并给出了汽化焓随温度变化的显式公式。
2020-06-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Characterization of a kerosene liquid jet injected in a high temperature Mach 2 supersonic crossflow
本文在高温马赫2超声速横流中实验研究煤油射流，借助高分辨率成像、阴影法及210 kHz高速纹影揭示雾化、激波与穿透特性。
2025-10-21 physics.app-ph physics.flu-dyn
