超臨界噴霧中渦的演化過程數值研究

李 瀟，王佔元，劉宗寬，周 磊，衛海橋

（天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室，天津 300072）

0 概述

隨著環境污染問題的日益嚴重和化石能源短缺問題的不斷加劇，內燃機領域的排放法規也逐漸嚴格。優化燃燒過程和提高內燃機的熱效率是降低污染物排放的有效手段，而燃油的霧化及混合氣的形成直接影響燃燒的進行，對燃油在缸內的擴散混合過程進行研究有重要意義。

在現代發動機上，先進燃燒模式和增壓技術的使用提高了熱效率，也使得缸內溫度和壓力不斷增高。在某些高增壓發動機上，燃油在噴射初始時刻缸內壓力和溫度可達2.5 MPa 和700 K，已經超過大部分烴類燃油的臨界壓力和溫度，例如正十二烷的臨界壓力和溫度分別為1.82 MPa 和658 K。由此可見，缸內壓力和溫度超過燃料臨界點的狀況會大概率發生，對超臨界環境下的噴霧特性進行研究顯得尤為重要。

超臨界流體具有獨特性質，文獻［1］中通過試驗證明超臨界流體密度類似液體，黏度類似氣體，而擴散性質介于液體和氣體之間。由于超臨界流體的特殊物性，燃油在超臨界環境下的噴霧也表現出不同于亞臨界環境的特有屬性。亞臨界環境下由于表面張力的存在，射流與周圍氣體之間存在明確的氣液界面，而在超臨界環境中的噴霧過程中，表面張力趨近于零導致氣液界面消失，擴散過程靠湍流擴散作用控制，射流表面各參數存在較大的梯度變化。關于對超臨界流體熱物性的預測，文獻［2］中指出超臨界流體分子間的相互作用不能被忽略，需使用真實流體狀態方程。……