湍流（流體力學術語）

湍流（流體力學術語）

湍流 （流體力學術語） 次瀏覽 | 2022.08.03 13:15:37 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 湍流流體力學術語

湍流又稱紊流，指內燃外，還存在著一種隨機缸內的氣流運動，除了渦流、滾流和擠流機、非定常、有旋的流動。

中文名

湍流

外文名

turbulent flow

所屬學科

流體力學

相關

層流、過渡流

別稱

亂流、擾流

簡介

湍流是自然界普遍存在的流體運動，它只有在流體高速流動（高雷諾數）的情況下才會產生。湍流的基本特征在于其具有隨機性質的渦旋結構，以及這些渦旋在流體內部的隨機運動，因此，湍流能引起相鄰各層流體間動量、能量及濃度等的交換和脈動。

內燃機中可燃混合氣的湍流特性對燃燒速度和火焰傳播有著十分重要的影響。火花點火式發動機中湍流能促進火焰面附近已燃氣體和未燃氣體的交換，擴大火焰前鋒表面積，從而提高火焰傳播速率。在柴油機中湍流可以改善燃油（如壁面附近燃油）與空氣的混合。

研究方法

內燃機的發展過程中，缸內氣流運動的研究一直是內燃機研究領域中一個很重要的部分。人們為了清楚的了解缸內氣流運動的詳細過程，利用了各種研究手段。近年來，隨著科學技術的進步，研究手段不斷更新，缸內氣流運動的研究越來越精確，直觀。總的來說，目前國內外對缸內氣體流動的研究方法有：多維數值模擬、微觀研究方法和宏觀研究方法等。

多維數值模擬

對內燃機缸內氣體流動進行多維數值模擬已經有二三十年的歷史了。七十年代Watking、Boni、Diwaker等就計算了氣缸內的二維流場。進入八十年代，隨著測試技術的發展，尤其是激光測試技術的應用，人們對內燃機缸內流場的變化規律有了深入的理解，而計算機技術、流體力學、傳熱傳質學、化學反應動力學等相關科學的進步，為建立實用的內燃機的流體計算模型提供了有力的工具。近年來多維數值模擬技術進展很快，在湍流模型應用、網格的升成、數值方程的離散化和方程組的解法上都得到了極大的發展，已成為理解缸內空氣運動規律的有力輔助工具。

微觀研究方法

微觀研究方法主要是利用特定的儀器研究缸內湍流速度場的分布情況。研究的設備有：熱線風速儀CTA、激光多普勒測速儀LDA和粒子示蹤速度法PTV和粒子圖像速度法PIV等。

宏觀研究方法

宏觀研究方法主要是指穩流試驗技術，即利用氣道試驗臺進行研究。這種研究方法的優點是：原理簡單，結果比較可靠；對研究單位和企業都適用，能廣泛的用于對實際工作的指導；能在較快時間內給出試驗結果，效率較高。這種研究方法的缺點是：得到的信息不夠詳盡，無法得知缸內湍流速度場的具體分布情況。

現在國內外關于氣道試驗臺的應用研究很多，也形成了各自的對氣道評價的評價體系，比較常用的有英國的Ricardo評價法、德國的FEV評價法、奧地利的AVL評價法和美國西南研究院的SwRI評價法等。各種評價方法都有各自的特點，了解這些評價方法有助于更好的了解氣道的性能。

對燃燒過程的影響

對不同的燃燒系統和發動機不同的工況，適當的氣流運動具有下列作用：

（1）使噴霧在燃燒室內較為均勻地分布，在一定程度上相當于起到了增加噴孔數目的作用。在油膜混合型燃燒中，氣流運動促進了油膜在燃燒室壁面上的涂布，擴大了油膜的涂布面積和汽化面積，減薄了壁上油膜的厚度。

（2）促進和加速了油與熱空氣之間以及油與熱壁之間的傳熱作用。空氣運動能增加它們之間的傳熱系數。從而縮短了對油滴和油蒸汽的加熱時間。

（3）促進和加速了油滴和油膜的汽化作用，縮短了汽化時間。液體單位表面積的汽化速度除與其性質、溫度和壓力等有關外，還與其表面周圍汽化了的分子的去留有關。氣流運動能使汽化了的油分子迅速離開液體表面，從而加速了汽化過程。

（4）促進和加速了油滴與空氣之間、油蒸汽與空氣之間以及己燃氣體的火焰與未燃混合氣之間的互相擴散和滲透作用。

（5）促進和加速了油滴與空氣之間以及油蒸汽之間的均勻混合，縮短了混合時間。

（6）由（1）至（5）各點的作用，使油分子與氧分子之間增加了接觸面積和碰撞幾率，縮短了物理滯燃期和化學滯燃期，減少了在滯燃期內的噴油量和參加預混合燃燒的燃料量，擴大并加速了擴散燃燒，減少了后燃。從而增加了平均有效壓力，降低了油耗率。同時，使整個燃燒過程進程的可控性增加。

（7）由于氣流運動可以縮短滯燃期，這就可以推遲噴油而不降低經濟性，從而可以大大降低NOX的排放量。而NOX排放量常常與經濟性和煙度惡化伴生。所以，氣流運動幫助解決了車用柴油機達到排放法規所要求的排放水準。

（8）以氣缸或燃燒室軸線為旋轉軸的有組織的渦流形成了離心力場。這是形成熱分層效應的基本條件。

（9）由于上述各點，提高了空氣利用率，允許減少過量空氣系數，從而使未利用的空氣從排氣中帶走的總熱量減少，提高了熱效率、平均有效壓力和冒煙極限功率。

（10）在達到發動機同樣的動力、經濟指標下，可以適當降低對供油系統的技術要求。從而有利于供油系統工作的可靠性，并延長其壽命，減少了這一系統的故障。

（11）氣流運動使混合氣形成均質化，從而使燃燒室內減少或消除混合氣局

部地區過濃或過稀以及局部高溫缺氧區。這樣減少了高溫裂解未燃燃油，最終使排煙減少。所以，組織和適當加強燃燒室內的氣流運動，是減少排煙、HC和CO的有效措施之一。

氣流運動帶來的缺點是：增加了流動損失和傳熱損失，降低了充氣效率；對進氣系統和燃燒室的結構、尺寸及形狀等的制造精度要求嚴格；制造工藝復雜化并增加了制造成本。但是，總的說來，是利大于弊。內燃機進氣、壓縮和燃燒過程中的氣流運動是十分復雜的，并且在進程中是多變的，因而亦是研究燃燒過程課題中較難掌握的內容。盡管幾十年來許多學者研究了氣流運動，發表了一系列的論文和研究成果，但至今仍有一系列宏觀和微觀現象有待進一步研究和闡明。

參考資料