湍流与燃烧相关参数

1.EBU模型重要参数

EBU模型有两个重要参数A和B。参数A依赖于燃料和湍流的详细结构，A增加使湍流反应率增强，A越大，预混燃强度越大，导致压力峰值越大和发生越早。以及更多的燃油在早期蒸发，使喷射器周围形成富油区。FIRE建议A的取值为3~25。参数B对燃烧的影响不是很明显，一般不宜变动。FIRE建议B的取值为0.5~1.0，针对压燃式发动机的建议值为1.0。

2.WAVE破碎模型。

该模型是基于经典流体力学中的Kelvin-Helmholtz不稳定分析，即液体与气体界面上沿流动方向扰动波的不稳定性增长是引起高压液体射流雾化的主导作用因素，它是第一个面向实际应用的液体分裂与雾化模型。另外，该模型还考虑了喷射油滴与喷油器结构参数的联系，可把影响最初扰动的喷嘴通道内的流动和喷嘴的几何形状等互相联系的不确定因素结合起来[63]。

标准WAVE破碎模型包含两种分裂机制，即高速分裂和低速（Rayleigh）分裂。对于高速破碎，破碎后生成的液滴大小等于成长速度最快或最不稳定的表面波波长；而低速Rayleigh破碎生成的液滴大小大于原来的父油滴，这种机制对高压喷射系统来讲并不重要。

图2-2标准WAVE和WAVE子分裂模式

WAVE破碎模型有五个经验参数为C1、C2、C3、C4和C5。C1决定破碎后油滴的大小，一般为0.61且不宜改动；C2也称破碎时间常数，决定油滴破碎时间，从而影响破碎长度。C2越大，则喷雾的混合速度越慢，油束的贯穿距离越长，滞燃期越长，初期放热率越低，后期放热率越高。FIRE建议C2取值为5.0~60。C3常取1，表示燃油考虑粘性作用。

破碎常数C4、C5主要考虑是否引入WAVE子分裂模型，若C4、C5为大于0的数，说明考虑了子分裂模型的影响，C4范围0.1～0.5，主要反映新生成的油滴粒子的数目，C5范围0.01～1，主要考虑子分裂模型所剥落的油滴粒子的质量，也可用于调整喷孔附近燃油蒸气的浓度。

C4：为了使液滴在一进入流场时就有一定的子液滴出现，可以使用C4和C5两个参数，C4代表的是子液滴的数目，数值越小，子液滴数目越多，但是过小的C4值，会因为子液滴数目过多，导致计算变慢。

C5：进入子液滴的质量大小，C5值越大，子液滴所占据的质量越多。

标准WAVE和WAVE子分裂模式如图2-2所示。

3.弗劳德数 投石入水时，在水面激起的微小波动以一定速度向四周传播。如果是静水，形成的波形是以石块入水点为中心的一系列同心圆（图2a）。如果水是运动的,则波形将随水流移动。其运动情况取决于波速c和流速v的相对大小：①当vc时,出现一个向上游传播的波，其相对于地面的绝对速度为c－v；另有一个向下游传的波，波速为c＋v。这就是缓流（图2b）。②当vc时，出现两个向下游传的波，波速分别为v－c及v＋c。此时扰动不影响上游。这就是急流（图2d）。③当v＝c时,向上游传播的波的波速为零,向下游传播的波速为c＋v＝2c。这种水流称为临界流（图2c）。

缓流和急流

缓流和急流

应用能量方程可以导出微波（波高远比水深为小的波）相对于水的波速中g为重力加速度;h＝A/B为断面平均水深；A为过水断面面积；B为水面宽度。 弗劳德数 流速与波速之比,以Fr表示，即

。式

。显然,缓流时,vc,Fr1；急流时,vc,Fr1；临界流时,v＝c，Fr＝1,称为临界弗劳德数,并写作Fro。由此可见，弗劳德数可以作为判别水流是缓流还是急流的标准。弗劳德数还可写为另一形式，将h＝A/B及 v＝Q/A 代入可得

。由此可以导出弗劳德数平方的物理意义：

当临界流时,Fr＝Fro＝1，可见其平均比势能恰为平均比动能的二倍；而缓流时Fr1,势能大于两倍动能；急流则相反。弗劳德数从因次分析上看表示惯性力与重力之比。 临界水深 临界流的水深，以ho表示。它所对应的过水面积为Ao、水面宽度为Bo、流速为vo(称为临界流速)。当临界流时

,由此可得Q /Bo/gAo=1。当流

2

3

量Q及渠道横断面尺寸给定时,Ao、Bo为ho的函数，由此式可解得ho值。对已知流量而言，如果实际水深hho,则vvo,水流为缓流；反之，如hho，则vvo,水流为急流。可见,缓流和急流也可由实际水深h与临界水深ho相比较来判别。

Weber数

韦伯数 ( Weber number ) 是一个流体力学中的无量纲数. 当不同的流体之间有交界面时，它用来分析流体运动，尤其在多相流中交界面的曲率较大时。它的计算公式为： 其中ρ为流体密度 ( kg/m^3 )，v为特征流速 ( m/s )， l为特征长度 ( m )， σ为流体的表面张力系数( N/m )。 韦伯数代表惯性力和表面张力效应之比，韦伯数愈小代表表面张力愈重要，譬如毛细管现象、肥皂泡、表面张力波等小尺度的问题。一般而言，大尺度的问题，韦伯数远大于1.0，表面张力的作用便可以忽略。