基于DMD的航空煤油多組分替代燃料噴霧特性分析

秦文瑾，周孟林，邵 宇

(上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)科技的迅速發(fā)展影響著我國(guó)武器裝備、民航運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì).航空煤油是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃料，它是一類組成復(fù)雜的碳?xì)浠衔?，其烷類化合物的碳原子大多?shù)為十至十六，主要含有單烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴以及多環(huán)烷烴等不同類型的元素，涉及到的燃燒基本類型機(jī)理幾百種成分以及上千個(gè)基元反應(yīng)[1].航空煤油多組分替代燃料JW(Jet-A world average)[2]是由美國(guó)5 個(gè)不同廠家生產(chǎn)的Jet-A 航空煤油樣品混合而成，可以很好地表征Jet-A 航空煤油的物理化學(xué)性質(zhì)[3]，航空煤油噴霧霧化情況和燃燒效果有著非常重要的聯(lián)系.因此，了解多組分替代燃料JW 噴霧特性有利于后續(xù)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和改善排放性能.一些學(xué)者針對(duì)Jet-A 航空煤油和航空煤油替代燃料開展了相應(yīng)研究.王維[4]針對(duì)航空煤油，在定容彈實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用直接攝影法和陰影法研究了燃料的理化性質(zhì)對(duì)噴霧特性的影響.Yang等[5]通過對(duì)多組分Jet-A 綜合替代燃油的模擬結(jié)果與真實(shí)航空煤油的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，討論了環(huán)境溫度和壓力，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理以及液滴蒸發(fā)模型對(duì)航空煤油射流火焰結(jié)構(gòu)的影響.

近年來，高效科學(xué)的數(shù)學(xué)分析方法逐漸在數(shù)據(jù)分析中推廣應(yīng)用.由Rowley 等[6]及Schmid 等[7]提出的動(dòng)態(tài)模態(tài)分解方法(dynamic mode decomposition，DMD)主要應(yīng)用于湍流分析領(lǐng)域.該方法基于Koopman 分析理論，可以從固定時(shí)間間隔的瞬時(shí)場(chǎng)數(shù)據(jù)中提取重要?jiǎng)討B(tài)結(jié)構(gòu)，每個(gè)DMD 模態(tài)都代表特定的頻率信息[8].例如，王廣[9]基于DMD 方法，對(duì)具有特定幾何參數(shù)的擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行解構(gòu)分析，捕捉到重要的渦結(jié)構(gòu).Mezi? 等[10]對(duì)一臺(tái)6 缸柴油機(jī)燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬，采用動(dòng)態(tài)模態(tài)分析的方法對(duì)其進(jìn)氣歧管流場(chǎng)進(jìn)行研究，提取了其特定頻率的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)用于流場(chǎng)特性的分析.謝海潤(rùn)等[11]將DMD 應(yīng)用于圓柱/葉片附近壓力場(chǎng)，以研究尾渦激振現(xiàn)象.Peng等[12]基于DMD 研究了氫燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室展向位置的頻率特性，通過表征主頻和增長(zhǎng)因子研究燃燒不穩(wěn)定性.

本文采用大渦模擬方法對(duì)航空煤油多組分替代燃料JW 的射流噴霧現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，研究其特性.并將DMD 方法應(yīng)用于該燃料射流噴霧濃度場(chǎng)特性分析，通過對(duì)瞬態(tài)濃度場(chǎng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加工處理，獲得了不同頻率下的燃料濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息，豐富了人們對(duì)航空煤油多組分替代燃料JW 濃度場(chǎng)特性的認(rèn)識(shí).

1 研究對(duì)象

美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了邊長(zhǎng)為108 mm 的立方體光學(xué)定容燃燒室，其設(shè)有4 個(gè)光學(xué)觀察通道，在其內(nèi)進(jìn)行了多種工況下JW 無氧環(huán)境噴霧實(shí)驗(yàn)[13]，定容燃燒室如圖1 所示.本文在該光學(xué)定容燃燒室的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一個(gè)定容燃燒室，其尺寸為上底直徑40 mm、下底直徑80 mm、高100 mm，如圖2 所示.基于CONVERGE 數(shù)值模擬軟件，對(duì)JW 噴霧現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬.為保證計(jì)算精度和計(jì)算效率，網(wǎng)格劃分采用自適應(yīng)加密和局部加密兩種加密策略，網(wǎng)格數(shù)量為400 萬左右，如圖3 所示.初始邊界條件參照實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置.采用0.09 mm 直徑的單孔噴嘴，噴射壓力為 150 MPa，模擬噴射脈寬時(shí)間為1.5 ms，燃油溫度為363 K.采用KH-RT[14]液滴破碎模型和Frossling[15]蒸發(fā)模型.基于JW 航空煤油中存在的主要烴基，采用Chen 等[16]開發(fā)的4 種組分替代燃料模型，該替代燃料的組成：正十二烷NC12H26、異十六烷IC16H34、反式十氫萘C10H18、甲苯C7H8，其摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.3、0.36、0.246、0.094.最后采用PISO 算法求解壓力-速度耦合問題.

圖1 ECN光學(xué)定容燃燒室Fig.1 ECN optical constant volume combustion chamber

圖2 定容燃燒室Fig.2 Constant volume combustion chamber

圖3 網(wǎng)格示意Fig.3 Schematic diagram of grid

2 計(jì)算模型的建立

2.1 動(dòng)態(tài)模態(tài)分解

DMD 算法也是一個(gè)可以進(jìn)行Koopman 算譜分析的數(shù)值驅(qū)動(dòng)方式，它可以通過虛擬無限維的結(jié)構(gòu)線性系統(tǒng)描述為實(shí)際有限維的本構(gòu)非線性體系.經(jīng)DMD 分析后獲得的每一條模態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)特征頻率，因此可以直接獲取單頻的動(dòng)態(tài)模態(tài)及其所對(duì)應(yīng)的原始場(chǎng)結(jié)構(gòu)，而不需再通過其他頻率分析來獲得模態(tài)的特征頻率.

DMD 算法需要擁有恒定時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)集輸入，首先將瞬時(shí)物理場(chǎng)表示為矩陣形式：

式中：v 為任意一個(gè)物理量，vi代表第i 個(gè)物理場(chǎng)的采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成的列向量.為由第1 個(gè)到第N-1 個(gè)物理場(chǎng)數(shù)據(jù)構(gòu)成的向量集合；為由第2 個(gè)到第N個(gè)物理場(chǎng)數(shù)據(jù)構(gòu)成的向量集合.

為了使用非線性系統(tǒng)的線性逼近，需要通過一個(gè)假設(shè)的矩陣A 來實(shí)現(xiàn)連個(gè)物理場(chǎng)之間的投影關(guān)聯(lián)，即：

此時(shí)矩陣的特征值、特征向量和能量放大因子等屬性則直接反映了物理場(chǎng)序列集合的系統(tǒng)特性.對(duì)矩陣進(jìn)行奇異值分解：

式中：矩陣U、W 是酉矩陣；∑是奇異值構(gòu)成的對(duì)角矩陣.可獲得系統(tǒng)矩陣A 的低維近似系統(tǒng)矩陣S 的表達(dá)形式：

此時(shí)而DMD 模態(tài)則可以表示為

通過上述操作，原瞬態(tài)物理場(chǎng)可被分解為

式中：αi為DMD 模態(tài)的幅值，代表對(duì)應(yīng)物理場(chǎng)的能量或強(qiáng)度.

使用DMD 方法分解數(shù)據(jù)得到的特征值是復(fù)數(shù)，實(shí)部和虛部則分別反映了不同的信息，實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)著物理場(chǎng)的能量強(qiáng)度和頻率.同時(shí)把所有特性值按照數(shù)值大小進(jìn)行繪圖處理，可以得出，位于單位圓之內(nèi)的特征值，代表了其物理結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的能量隨時(shí)間愈來愈小，位于單位圓之上的特征值，代表了其物理結(jié)構(gòu)的能量不隨時(shí)間變化，是穩(wěn)定的，而位于單位圓之外的特征值，其能量則會(huì)隨時(shí)間愈來愈大.

2.2 大渦模擬湍流模型

大渦模擬方法(LES)主要采用了空間過濾方法，對(duì)于較大尺寸的渦團(tuán)則采用了直接數(shù)值模擬的方法，而較小尺寸的渦團(tuán)則主要是嵌入模擬的方法，所以大渦模擬可以對(duì)湍流流場(chǎng)進(jìn)行更加有效的模擬，可以更加簡(jiǎn)單準(zhǔn)確地捕捉大渦團(tuán)、小渦團(tuán).另外，大渦模擬方法在計(jì)算效率和計(jì)算準(zhǔn)確性兩方面也是較其他方式有更好的效果.

本文基于大渦模擬方法，采用歐拉-拉格朗日方法進(jìn)行燃料噴霧的數(shù)值模擬，采用基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的湍流模型[17]，該模擬將亞網(wǎng)格應(yīng)力直接描述為亞網(wǎng)格湍動(dòng)能函數(shù)，并通過計(jì)算亞網(wǎng)格湍動(dòng)能輸運(yùn)方程對(duì)模型進(jìn)行封閉處理.并利用對(duì)N-S 方程的濾波處理，獲得了大渦模擬的控制方程.

式中：τij亞網(wǎng)格應(yīng)力，亞網(wǎng)格應(yīng)力是一個(gè)未知量，基于流場(chǎng)各向同性渦黏假設(shè)，亞網(wǎng)格應(yīng)力可根據(jù)大尺度流場(chǎng)的應(yīng)變率確定，即

式中：Sij是大尺度變形率張量；νt是亞網(wǎng)格渦黏系數(shù).亞網(wǎng)格渦黏系數(shù)個(gè)湍動(dòng)能輸運(yùn)方程分別為：

其中：k 是亞網(wǎng)格湍動(dòng)能；常數(shù) Ck和Cε需要根據(jù)實(shí)際的瞬態(tài)流動(dòng)問題來設(shè)定.

2.3 液滴破碎模型

液滴破碎模型選用KH-RT 模型，該基于氣液界面擾動(dòng)波的不穩(wěn)定理論，包括KH 和RT 兩個(gè)子模型，其中KH 模型主導(dǎo)一次破碎過程，而RT 模型則與KH 模型結(jié)合共同主導(dǎo)二次破碎過程.當(dāng)液體射流從噴嘴噴出，氣液交界面的剪切作用形成的KH 擾動(dòng)波不斷增長(zhǎng)，使得燃油液柱開始剝落形成液滴.隨后，燃油液滴與環(huán)境氣體間的大密度梯度形成RT 擾動(dòng)波，在KH 和RT 擾動(dòng)波的作用下，燃油液滴開始進(jìn)一步的破碎.

KH 破碎模型中，液滴破碎由油束表面產(chǎn)生的波的最大生產(chǎn)率ΩΚΗ及其最大波長(zhǎng)ΛKH控制.液滴破碎時(shí)間τKH表示為

式中：1B 表示KH 破碎特征時(shí)間系數(shù)；r0表示為破碎前的液滴半徑.破碎開始后的液滴半徑為

式中：0B 表示尺寸系數(shù)，該值直接影響破碎后的液滴半徑.RT 破碎模型建立在氣液密度梯度導(dǎo)致的慣性力基礎(chǔ)上，液滴破碎由慣性力產(chǎn)生的波的最大波動(dòng)頻率ΩRT及其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)ΛRT控制.液滴破碎時(shí)間尺度τRT表示為

式中：Cτ表示RT 破碎特征時(shí)間系數(shù).當(dāng)波動(dòng)時(shí)間大于τRT時(shí)，二次破碎再次發(fā)生，液滴變得更小，直至到達(dá)極限.此時(shí)，液滴極限半徑rc表示為

式中，cRT表示尺寸系數(shù)，該值同樣直接影響破碎后的液滴半徑.除了上述的特征時(shí)間系數(shù)和尺寸系數(shù)外，CONVERGE 中，KH 和RT 模型中還分別增加了速度系數(shù)1C 和長(zhǎng)度系數(shù) Cbl，用于調(diào)整液滴破碎，從而優(yōu)化噴霧效果.具體參數(shù)的選擇如表1 所示.

表1 KH-RT模型參數(shù)Tab.1 The partmeters of KH-RT model

3 結(jié)果與討論

3.1 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

圖4 是JW 燃料在氣體環(huán)境溫度為1 000 K、壓力為 6.03 MPa 工況下，分別選取了最小尺寸為0.2 mm、0.1 mm、0.062 5 mm 的3 套網(wǎng)格尺寸進(jìn)行數(shù)值模擬得到的噴霧貫穿距與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的對(duì)比.液相貫穿距和氣相貫穿距分別定義為噴嘴軸線上燃油液體體積分?jǐn)?shù)、氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%位置到達(dá)噴嘴的軸向距離.從圖中可知，計(jì)算得到貫穿距總體趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)符合較好.噴霧前期，燃油從噴嘴噴出，其初始速度很大.由于受到環(huán)境氣體的阻力，導(dǎo)致燃油液滴速度不斷減小.液相貫穿距在噴射開始后，存在約0.05 ms 的快速增長(zhǎng)期，隨即達(dá)到燃料噴射與蒸發(fā)的平衡狀態(tài)，液相貫穿距在極小的范圍內(nèi)波動(dòng).氣相貫穿距則先快速增大，然后增速放緩.與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，3 種網(wǎng)格尺寸下液體貫穿距較為相似，但0.2 mm的網(wǎng)格下，氣相貫穿距誤差較大，0.1 mm 和0.062 5 mm 的計(jì)算結(jié)果較為接近，且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差相對(duì)較小.為了節(jié)省計(jì)算資源，本研究采用0.1 mm的網(wǎng)格進(jìn)行后文數(shù)值模擬工作.

圖4 JW實(shí)驗(yàn)與不同網(wǎng)格尺寸模擬的貫穿距Fig.4 Penetration of JW experiment and simulation with different mesh sizes

3.2 燃油液滴與蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

圖5 進(jìn)一步給出了計(jì)算得到的JW 燃油液滴和蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布，與實(shí)驗(yàn)中關(guān)于JW 燃料主要組分正十二烷燃油液滴和蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布對(duì)比.因?yàn)镴W 射流的噴射與空氣間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的剪切運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致JW 氣相濃度場(chǎng)產(chǎn)生了非常顯著的渦團(tuán)結(jié)構(gòu)，數(shù)值模擬結(jié)果很好地呈現(xiàn)了JW 射流形態(tài)的高瞬態(tài)非對(duì)稱性特點(diǎn).圖6 是射流基本趨于穩(wěn)定情況下，JW 射流軸向不同位置處燃油蒸氣混合分?jǐn)?shù)分布情況.從整體來看，在軸向距離噴嘴20 mm 處的混合分?jǐn)?shù)峰值大于30 mm 處的混合分?jǐn)?shù)，且30 mm 處JW 的的徑向分布寬度要比20 mm 處大，即燃料在噴射區(qū)間下游擴(kuò)散更廣，總體看來燃油蒸氣沿軸向呈傘狀向四周擴(kuò)散.另外由于湍流擾動(dòng)，混合分?jǐn)?shù)和溫度曲線都呈現(xiàn)空間波動(dòng)特點(diǎn).

圖5 正十二烷與JW的燃油蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布和燃油液滴粒徑分布Fig.5 The distribution of fuel mass fraction and droplet radius of n-dodecane and JW

圖6 平均混合分?jǐn)?shù)分布Fig.6 Mean mixing fraction distribution

3.3 濃度場(chǎng)的DMD分析

在空間中，液體燃料噴霧瞬態(tài)濃度場(chǎng)為在整體性較大尺寸的宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，疊加著數(shù)量較多的局部尺度較小的形態(tài)結(jié)構(gòu)，并且不同尺度的噴霧結(jié)構(gòu)分別攜帶了不同的強(qiáng)度和頻率.僅通過對(duì)瞬態(tài)濃度場(chǎng)觀察，難以對(duì)液體燃料噴霧特性進(jìn)行深入理解.由于噴霧屬于液相，其發(fā)生破碎蒸發(fā)后形成氣相的濃度場(chǎng)，即氣相濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)很大程度上受液相噴霧場(chǎng)的影響控制，故也可認(rèn)為氣相濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)在一定程度上是對(duì)液體燃料噴霧宏觀形態(tài)的拓展.利用DMD方法對(duì)不同頻率的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取分析，可以預(yù)測(cè)濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化，豐富對(duì)燃料噴霧的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)對(duì)噴霧濃度場(chǎng)的人工干預(yù)奠定基礎(chǔ).

圖7 是使用DMD 方法對(duì)濃度場(chǎng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行后處理，可以得出特征值是呈現(xiàn)共軛分布的趨勢(shì)，實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)著濃度場(chǎng)的能量強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)頻率.同時(shí)把所有特性值按照數(shù)值大小進(jìn)行繪圖處理，可以得出，位于單位圓之內(nèi)的特征值，代表了濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度隨時(shí)間愈來愈小，位于單位圓之上的特征值，代表了其濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨時(shí)間保持不變，而位于單位圓之外的特征值，其強(qiáng)度則會(huì)隨時(shí)間愈來愈大.為了便于研究分析，根據(jù)相對(duì)于單位圓位置的不同，在圖7 中選取了A、B、C、D 4 個(gè)不同頻率的代表點(diǎn)，且其頻率逐漸增加，特征值大小如表2示，DMD 模態(tài)空間分布如圖8 所示.從圖7 中可以看出，點(diǎn)A 幾乎落在單位圓上，其對(duì)應(yīng)的濃度場(chǎng)強(qiáng)度隨著時(shí)間的變化保持不變.且A 點(diǎn)的特征值原本是一個(gè)復(fù)數(shù)，但是其虛部為0，所以該點(diǎn)的DMD 模態(tài)也只有實(shí)部，沒有虛部.同時(shí)由于B 點(diǎn)、C 點(diǎn)和D 點(diǎn)的特征值既有實(shí)部和虛部，其對(duì)應(yīng)的模態(tài)也是有實(shí)部和虛部的.如圖8 所示，B 點(diǎn)、C 點(diǎn)和D 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的區(qū)域逐漸增多，其對(duì)應(yīng)的特征值虛部也逐漸增大，即代表其攜帶的濃度場(chǎng)頻率逐漸變大.從圖中可知，B 點(diǎn)和C 點(diǎn)特征值位于單位圓之內(nèi)，且經(jīng)過對(duì)數(shù)化處理后，實(shí)部特征值為負(fù)數(shù)，表示其模態(tài)對(duì)應(yīng)的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在時(shí)間域上愈來愈弱.而D 點(diǎn)則位于單位圓之外，特征值經(jīng)過對(duì)數(shù)化后實(shí)部為正數(shù)，表示其模態(tài)對(duì)應(yīng)的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在時(shí)間域上愈來愈強(qiáng).

表2 代表點(diǎn)特征值Tab.2 Eigenvalues of selected points

圖7 特征值分布Fig.7 Eigenvalues distribution

圖8 代表點(diǎn)DMD模態(tài)Fig.8 Represents the point DMD mode

圖9 為DMD 模態(tài)的幅值與其對(duì)應(yīng)的特征值的關(guān)系，縱坐標(biāo)為幅值，表示每一個(gè)模態(tài)濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大小，橫坐標(biāo)分別為特征值實(shí)部和虛部的對(duì)數(shù)，分別代表了模態(tài)的耗散率和頻率，其中A、B、C、D 4個(gè)點(diǎn)如圖中標(biāo)記所示.其中A 點(diǎn)模態(tài)的幅值遠(yuǎn)大于其他模態(tài)的幅值，表示該部分濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最大，B 點(diǎn)、C 點(diǎn)和D 點(diǎn)對(duì)應(yīng)模態(tài)的幅值比較小，表示這3個(gè)模態(tài)對(duì)應(yīng)濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱.同時(shí)A 點(diǎn)模態(tài)的對(duì)應(yīng)的頻率為零，說明其對(duì)不同時(shí)刻的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)是恒定不變的，而其他3 個(gè)模態(tài)對(duì)應(yīng)的頻率都不為零，表示它們對(duì)不同時(shí)刻的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)是不同的，即構(gòu)成了濃度場(chǎng)的差異性.圖9(b)顯示A 點(diǎn)的特征值實(shí)部為零，即耗散率為零，表示該模態(tài)對(duì)應(yīng)的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨時(shí)間保持不變.由于B 點(diǎn)和C 點(diǎn)特征值實(shí)部為負(fù)數(shù)，表示其對(duì)應(yīng)的濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨時(shí)間愈來愈弱，而D 點(diǎn)特征值實(shí)部為正數(shù)，表示該濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨時(shí)間愈來愈強(qiáng).

圖9 DMD模態(tài)幅值與頻率和耗散率對(duì)應(yīng)的關(guān)系Fig.9 The relation between DMD mode amplitude and frequency and dissipation rate

4 結(jié)論

本文針對(duì)航空煤油多組分替代燃料JW 在定容燃燒室內(nèi)的噴霧過程，使用大渦模擬方法進(jìn)行了冷態(tài)噴霧數(shù)值模擬，探討了多組分替代燃料JW 的噴霧特性.利用動(dòng)態(tài)模態(tài)分解方法對(duì)定容燃燒室內(nèi)濃度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深度加工，預(yù)測(cè)了不同頻率濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在噴霧過程中的變化情況，挖掘了濃度場(chǎng)噴霧結(jié)構(gòu)更深層次的信息.主要結(jié)論如下：

(1)使用大渦模擬方法數(shù)值模擬得到貫穿距總體趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好，較準(zhǔn)確地捕捉氣相和液相噴霧發(fā)展過程，并很好地預(yù)估了JW 噴霧的形態(tài)特征，反映了JW 燃料混合分?jǐn)?shù)分布高瞬態(tài)非對(duì)稱性.在射流基本趨于穩(wěn)定情況下，JW 燃料在噴射區(qū)間下游擴(kuò)散更廣.另外由于湍流擾動(dòng)，混合分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)空間波動(dòng)的特點(diǎn).

(2)由于瞬態(tài)噴霧濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)是由多個(gè)不同頻率的結(jié)構(gòu)疊加構(gòu)成，但是不能直接在瞬態(tài)濃度場(chǎng)中體現(xiàn)，利用DMD 方法可對(duì)不同頻率的JW 噴霧蒸氣濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取.對(duì)提取的不同頻率濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)發(fā)展分析，可以預(yù)測(cè)濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的變化，進(jìn)而豐富人們對(duì)JW 燃料噴霧濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，為下一步對(duì)濃度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的人工干預(yù)奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而便于形成更加合理的油氣混合物，實(shí)現(xiàn)高效燃燒.