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湍流模型简介以及k-ε模型详解
实验和理论计算表明,缸内湍流的主要来源是进气射流 通过气阀时产生的强烈剪切层以及射流与缸壁的碰撞。 在进气冲程中期,即进气进行最猛烈时,缸内湍流度达 到其峰值。此时湍流分布很不均匀,而且是各向异性的, 主要可分为射流内的高湍流度区和其余部分的低湍流度 区。随着平均流速的减小,湍流开始衰减。同时,由于 对流和扩散作用,整个缸内湍流趋向于均匀化和各向同 性化。在压缩冲程中,尽管进气产生的主涡流还残留在 缸内,但已经很弱并且继续衰减。活塞压缩产生的正应 力和缸壁的剪切应力对湍流的生成虽有一定的贡献,但 由于耗散大于生产,故总的效果是湍流持续衰减。实验 表明,TDC时的平均湍流度是进气体积流率的线性函数, 或与发动机的转速成正比。通常认为,接近TDC时,湍 流基本成为各向同性,这也得到k-є模型计算结果的证 实。但Jennings和Morel用雷诺应力模型的意思表明, 对轴对称的一维压缩情况,到TDC时的湍流并非各向同 性,轴向正应力远大于其他两个方向,因此有必须要以 后对此再深入研究。(内燃机计算燃烧学——解茂昭)
北京态。它们的区分变化可 以用雷诺数来量化。雷诺数较小时(小于2000),黏滞 力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏 滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数 较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较 不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、 不规则的湍流流场。 在内燃机整个工作循环中,其缸内气体能量始终在进行 着极为复杂而又强烈瞬变的湍流运动。这种湍流运动是 内燃机工作和燃烧过程中各个物理化学子过程的一个共 同基础。它决定了各种量在缸内的输运极其空间分布, 它对可燃 混合气的形成极其浓度场、火焰传播速率和 燃烧品质、缸壁的传热及污染物的形成等都具有直接的、 本质的影响。因此,要正确地从微观上模拟和分析内燃 机的燃烧,绝对离不开对缸内湍流运动的正确描述和模 拟。也正是基于这一原因,内燃机燃烧的零维和准维模 型被称为热力学模型或现象模型,而多维模型则被称为 流体动力学或CFD模型。
旋流和滚流的影响
燃烧室形状的影响 燃油喷射和燃烧的影响
k -ε模型是目前应用最广泛的两方程紊流模型。大量的 工程应用实践表明,该模型可以计算比较复杂的紊流, 比如它可以较好地预测无浮力的平面射流,平壁边界层 流动,管流,通道流动,喷管内的流动,以及二维和三 级无旋和弱旋加流流动等。但从定量结果来看,它还没 有比代数模型表现在出更明显的优势。随着空化流动理 论和计算方法的发展,数值计算逐渐成为空化现象研究 的有力手段。对于空化流动这种复杂的湍流进行模拟, 湍流模型是一个重要方面。最初,人们广泛采用了标准 的k -ε模型,由于空化流动中汽泡的生成和溃灭过程对 湍流发展的影响,引起空化流动中湍动能产生项和弥散 项间的不平衡,这种模型并不能很好地模拟空化流动。 除了标准k -ε模型外还诸如RNGk -ε模型等多种改进模型, 这些模型在预测浮力影响、强旋流、高剪切率、低雷诺 数影响等方面都较准确,对大多数工业流动问题能够提 供良好的特性和物理现象预测。