船用柴油机换气流动相似性研究

发布时间：2017-12-02 03:28

  本文关键词：船用柴油机换气流动相似性研究

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【摘要】：船用柴油机由于其功率范围大、效率高、能耗低以及使用维修方便等优点,在民用船舶和舰艇动力装置中逐渐占据了支配地位。在船用柴油机的工作过程中,换气过程直接影响混合气的形成和燃烧过程。由于船用柴油机体积大,制造试验时间长与成本高,不易进行对换气过程的优化及设计研究。因此,本文拟利用相似原理,通过对原始尺寸换气结构进行等比例缩小,研究原始模型与缩小模型之间相关参数的相似关系。研究对象包括四冲程和二冲程船用柴油机,分别使用气道稳流试验和大涡模拟的方法进行流动相似性研究。对于四冲程柴油机换气流动相似性研究,根据相似性理论,分别进行了原始尺寸和缩小2倍尺寸的气道芯盒流动试验。以气道性能评估最重要的流量系数和涡流强度两个参数作为相似验证对象。结果表明在满足Re相似准则的条件下,两个模型进、排气道的流量系数变化曲线基本一致,平均流量系数偏差分别为2.7%和2.5%;进气涡流强度总体趋势一致,平均涡流比偏差仅为0.084。考虑到气道试验台流量系数测试精度±1.5%、涡流比±0.05的测试精度,说明两个模型的进、排气流动是相似的。在满足雷诺相似性准则前提下,四冲程船用柴油机缩小尺寸模型可以替代原始模型进行试验研究。对于二冲程柴油机扫气流动相似性研究,本文以丹麦科技大学的二冲程直流扫气光学试验台的实验数据为基础对比数据,通过大涡模拟方法进行流动相似性研究。基于实验值,对大涡模拟方法进行了的标定。在满足雷诺相似准则条件下,又进行了缩小模型气流运动特性的数值模拟分析,对比缩小和原始模型模拟结果发现:两者的无量纲轴向速度分布趋势一致,呈现典型的“Wake-Like”形态,不同气缸截面的无量纲轴向速度偏差在5%以内;无量纲切向速度大小和峰值分布吻合良好,呈现典型的Burgers涡形态,不同气缸截面处的无量纲切向速度偏差在10%以内;两种模型的缸内压力场梯度分布整体一致,气缸中心低压区域分布类似。模拟结果表明两个扫气模型缸内流动是相似的,可见,在满足雷诺相似准则条件下,二冲程船用柴油机缩小尺寸模型可以替代原始模型进行数值模拟研究。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.121

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本文编号：1243501