定容燃燒室內(nèi)湍流流場測量研究.pdf

1、內(nèi)燃機燃燒過程包含了流體動力學(xué)、熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)過程等復(fù)雜過程的相互作用，為了對這一湍流燃燒過程進行深入研究，將影響因素進行單獨分析尤為重要。本文通過試驗手段，在正方體內(nèi)腔的定容燃燒室內(nèi)通過對稱布置的兩個擾流風(fēng)扇產(chǎn)生不同強度的湍流流場，并采用粒子圖像測速儀(PIV)對其進行系統(tǒng)地試驗標定，以得到不同條件下的湍流特征。研究了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(1000-2900r/min)和環(huán)境壓力(0.1-3.0MPa)對脈動均方根速度分布、概率密度分布函數(shù)、湍

2、流積分尺度和空間能譜的影響。為了克服二維粒子圖像測速儀(2D-PIV)的測量限制，本文測量了三個不同空間截面處的流場，用于重構(gòu)近似均勻湍流區(qū)域的三維邊界。
　　試驗結(jié)果表明，對置風(fēng)扇擾流裝置在定容燃燒室中心區(qū)域產(chǎn)生了一個扁平的近似均勻湍流流場區(qū)域，然而，該區(qū)域內(nèi)的流體速度在水平方向和垂直方向上不可避免地存在一定差異，即流場非各向同性。流場整體等效湍流強度與環(huán)境壓力無關(guān)，但正比于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，其線性關(guān)系可通過最小二乘法進行擬合，因此可以

3、根據(jù)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速準確地估算非典型工況下的等效湍流強度。對于積分尺度，其數(shù)值與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和環(huán)境壓力無顯著關(guān)系，并且縱向積分尺度始終穩(wěn)定在5.65mm左右。另外，對數(shù)坐標系下的湍流能譜與波數(shù)之間存在線性關(guān)系，其斜率符合Kolmogorov渦團能量傳遞的-5/3定律；對能量譜進行分析，結(jié)果顯示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和環(huán)境壓力的提高直接影響了流場雷諾數(shù)的大小，進而導(dǎo)致湍流能量耗散現(xiàn)象出現(xiàn)在更小的臨界渦團尺度中。此外，脈動速度的概率密度分布函數(shù)分析結(jié)果顯示其近似符合