【研究前沿】CFD模拟不同金属焊接的熔池形状

这篇文章是2024年发表在《International Journal of Heat and Mass Transfer》。 本文通过三维模拟研究了高压直接燃油喷射器中二元烷烃混合物的流动特性，特别关注了混合物在弹道循环过程中的局部物种分离现象。研究采用了多物种空化模型，基于Rayleigh气泡动力学方程、Raoult和Dalton定律、气液平衡及混合规则，通过OpenFOAM软件平台实现。研究不仅深入探讨了燃油混合物的空化和湍流特性，还提出了未来研究的方向，包括更精细的Euler-Lagrange方法和实验验证的必要性。1. 研究背景 内燃机作为交通领域的核心动力系统，其排放问题对全球温室气体排放有重要影响。随着全球对减少温室气体排放的重视，探索替代和可再生燃料变得尤为重要。在此背景下，计算流体动力学（CFD）成为理解和改进内燃机性能的重要工具，尤其是在分析喷射器内部流动特性方面。2. 研究方法 研究中采用了多物种空化模型，该模型在不可压缩大涡模拟（LES）流求解器中实现。模型基于Rayleigh方程、Raoult和Dalton定律、气液平衡和混合规则，通过OpenFOAM软件平台定制的interFoam求解器进行模拟。研究中考虑了两种不同的二元烷烃混合物，即正十二烷/正庚烷和正辛烷/正庚烷混合物，并在NACA 0015水翼试验案例上进行了模型的初步评估。3. 研究内容 应用多物种空化模型于高压喷射循环，进行了瞬态模拟。评估了局部物种在液态中的分离现象。在水翼测试案例上验证了模型的合理性。考虑了两种不同的二元烷烃混合物，分析了它们的空化和湍流结构。研究了在不同针阀开启状态下的流动特性，包括云状空化和丝状空化。4. 研究结果 两种混合物在弹道循环的开启和关闭阶段显示出基本相同的涡旋和蒸汽结构。没有观察到明显的滞后现象，这与混合物的相对较低的液体密度有关。分离现象与蒸汽量相关，云状空化时更为显著，丝状空化时则较小。较重的混合物（正十二烷/正庚烷）表现出更明显的分离现象，这与两种组分挥发性的差异有关。即使在较重的混合物中，分离现象也远不如在单个气泡环境下观察到的那么明显。提出了未来研究的方向，包括采用Euler-Lagrange方法和进行实验验证以提高模型的准确性和适用性。来源：CFD饭圈