基于RM不稳定性的喷油初始阶段油束初次破碎机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51806012
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    王字满
  • 依托单位：
    北京理工大学
  • 学科分类：
    E0604.燃烧学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nozzle internal flow and spray primary breakup determine the mixture preparation, combustion and emissions of IC engine. The Richtmyer-Meshkov instability（RM instability）of gas-liquid interface under the effect of pressure shock wave significantly affects the characteristics of nozzle internal flow. However, how the RM instability of gas-liquid interface influences the nozzle internal flow and the spray breakup is still unclear. In this project, the laser diagnostics and a new CLSVOF gas-liquid interface capturing method are to be employed to investigate the evolution of gas-liquid interface with the presence of RM instability. Firstly, a visualizing system for RM instability test will be built, the varying trends of surface wave and vortexes are studied and the threshold for the instability of gas-liquid interface when changing from RT instability to RM instability will also be gained. Then, microscopic evolution of gas-liquid interface will be numerically investigated to provide the detailed information of the flow field. After that, the evolution of vortexes will be analysed before the interacting regimes of multiphase flow in the nozzle and their effects on the spray primary breakup are clearly presented. This study can improve the primary breakup theories, lays solid foundation for combustion control and emissions control and provide help for the design of nozzle geometry.
喷孔内流和油束初次破碎决定了油气混合、燃烧品质和内燃机排放。压力冲击波作用下的气-液界面Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性对喷油初期的喷孔内流特性产生重大影响。但国内外还没有阐明RM不稳定性对喷孔内流及油束初次破碎的影响机制。本项目拟结合激光诊断技术，使用新型CLSVOF气-液界面捕捉方法重点探究气-液界面在RM不稳定性作用下的演变过程。建立RM不稳定性可视化实验平台，获得气-液界面表面张力波和涡量场的发展规律，探明RT不稳定性向RM不稳定性转化的阈值条件；对气-液界面在RM不稳定性作用下的微观演变过程进行数值模拟，获得详细的流场信息，解析涡量场的时空演化过程，从而阐明喷油初期喷孔内多相流耦合作用机制及其对油束初次破碎的影响机理。本项目的研究不仅可以完善油束初次破碎理论，为直喷式内燃机的燃烧和排放控制奠定基础，还可以为喷孔结构设计提供理论指导。

结项摘要

项目背景.压力冲击波作用下的油束气-液界面 Richtmyer-Meshkov 不稳定性对喷孔内流特性及油束初次破碎产生重大影响，进而决定了油气混合、燃烧品质和内燃机排放。但 Richtmyer-Meshkov 不稳定性对油束初次破碎的影响机制尚未阐明。因此，阐明喷油初始阶段喷孔内多相流耦合作用机制及其对油束初次破碎的影响机理不仅可以完善初次破碎理论，为准确模拟雾化和燃烧过程奠定理论基础，还可为喷孔结构设计提供理论指导。.主要研究内容.（1）RM不稳定性作用下的气-液界面演变过程实验研究.（2）RM不稳定性作用下的气-液界面数值计算模型.（3）RM不稳定性作用下的气-液界面破碎机理.重要结果.（1）喷孔内气液耦合作用特性、油束压力冲击波作用下气泡与油液的能量传输机制及油束形成机制； .（2）冲击波作用下的气液界面液线、液滴和涡量时空演变特性、湍流化机制；.关键数据.（1）不同喷油持续期、不同喷油压力下的冲击波强度；.（2）冲击波作用下喷孔内气液耦合作用特性数据；.（3）多相流耦合作用的能量输运；.（4）RT不稳定性向RM不稳定性转化的阈值；.（5）气液界面在冲击波作用下的湍流化特性。.关键技术.（1）冲击波作用下的喷孔内流特性和气-液界面演化过程实验研究；.（2） Richtmyer-Meshkov 不稳定性作用下气-液界面的数值模拟；.科学意义.（1）本项目阐明能量运输对多相流耦合作用的影响机制对了解多相流的耦合作用机制和内流特性起着重要作用，对研究油束形状和破碎机理有重大意义。.（2）获得了Richtmyer-Meshkov 不稳定性产生的阈值条件（能量强度）， 阐明了RM不稳定性作用下的气液演变机制，为建立高精度初次破碎模型奠定理论基础，从而为油束雾化、燃烧控制提供直接理论支撑。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Schlieren investigation on impacts of duct size on macroscopic spray characteristics of ducted fuel injection
Schlieren 研究管道尺寸对管道燃油喷射宏观喷雾特性的影响
  • DOI：
    10.1016/j.applthermaleng.2020.115440
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Li Feng;Lee Chia-fon;Wang Ziman;Wu Han;Lu Guoxiang
  • 通讯作者：
    Lu Guoxiang
Optical investigation on impacts of ambient pressure on macroscopic spray characteristics of ducted fuel injection under non-vaporizing conditions
非汽化条件下环境压力对管道燃油喷射宏观喷雾特性影响的光学研究
  • DOI：
    10.1016/j.fuel.2020.117192
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Fuel
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Li Feng;Lee Chia-fon;Wang Ziman;Liu Fushui;Lu Guoxiang
  • 通讯作者：
    Lu Guoxiang
Dynamics of the in sac cavitating flow for diesel spray with split injection strategy
采用分流喷射策略的柴油喷雾囊内空化流动力学
  • DOI：
    10.1177/1468087420951330
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    International Journal of Engine Research
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Fushui Liu;Zhishuang Li;Ziman Wang;Xiaoyu Dai;Chia-Fon Lee
  • 通讯作者：
    Chia-Fon Lee
The effect of nozzle structure and initial state on the primary breakup of diesel spray
喷嘴结构和初始状态对柴油喷雾一次破碎的影响
  • DOI：
    10.1101/2021.03.03.433723
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Fuel
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Dai Xiaoyu;Wang Ziman;Liu Fushui;Pei Yiqiang;Gong Chao;Li Zhishuang
  • 通讯作者：
    Li Zhishuang
Dynamics and primary breakup of cavitation bubbles under throttling conditions
节流条件下空化气泡的动力学和初次破裂
  • DOI：
    10.1016/j.applthermaleng.2018.12.051
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Liu Fushui;Li Zhishuang;Wang Ziman;Dai Xiaoyu;Lee Chia Fon
  • 通讯作者：
    Lee Chia Fon

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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