船用柴油机进气道流动特性的三维瞬态分析

发布时间：2020-03-27 12:51

【摘要】：气缸内的气体流动是实现高效、低污染柴油机的关键之一,而柴油机缸内气流的流动状况很大程度上受到进气道的影响。进气道作为柴油机的重要组成部分,影响着缸内混合气的形成及燃烧过程,从而间接地影响着柴油机的动力性、经济性和排放性。为此,本文以Wartsila4L20船用四冲程增压柴油机为研究对象,对进气道的流动特性进行了三维瞬态模拟分析。首先,采用液态硅胶铸模法获得目标柴油机的进气道模型,并把经3D扫描后得到的点云数据导入至CATIA软件中进行逆向曲面重建,获得完整的计算区域几何模型。在对模型进行初始网格划分的基础上,根据柴油机的实际工作状况进行动网格划分,利用AVL BOOST软件搭建一维整机仿真模型,经试验验证后,获得进气道瞬态模拟所需的初始条件和边界条件。然后,对柴油机进气道的进气过程进行三维瞬态数值模拟计算,研究气体流动随曲轴转角的变化规律和涡流演变历程,并引入涡流比、滚流比、平均湍动能、湍流耗散率、质量流量和进气量作为宏观评价指标,进一步定量地分析流场变量随曲轴转角的变化趋势。对比相关文献后得出,本文的模拟结果符合发动机瞬态仿真的客观规律,具备一定的准确性。最后,探究柴油机进气道主要结构参数对流动特性影响规律。单独改变进气道的螺旋室高度和气阀锥角,进行瞬态数值模拟,以上述进气道宏观参数为评价指标,研究螺旋室高度和气阀锥角的变化对进气道流动特性的影响规律。仿真结果表明:涡流比和滚流比随螺旋室高度的增加而减小;平均湍动能和湍流耗散率随螺旋室高度的增加而增大;质量流量和进气量受螺旋室高度变化的影响在误差允许的范围内可忽略不计。随着气阀锥角的增大,涡流比变化不大,滚流比(TRx)先减小后增大,滚流比(TRy)随之减小;平均湍动能和湍流耗散率随气阀锥角的增加先增大后减小;质量流量和进气量随气阀锥角的增大而减小。结合宏观评价参数的变化曲线,并参考各评价参数在宏观分析中的重要程度后得出:当螺旋室高度为10mm,气阀锥角为20°时,即原进气道的初始结构参数设置较为合理。
【图文】：

更有效率地进行数据采集，而且可以得到更高精度的点云数据［４６］。逡逑采用液态硅胶铸模的方法获得Ｗａｒｔｓｉｌａ邋４Ｌ２０船用四冲程柴油机进气道的点云逡逑数据，得到的进气道硅胶模型如图３．１所示。逡逑：炉；：l．逡逑图３．１进气道硅胶模型逡逑Ｆｉｇ．３．１邋Ｓｉｌｉｃａ邋ｇｅｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｉｎｔａｋｅ邋ｐｏｒｔ逡逑１０逡逑

进气道几何模型重构后，即可在此基础上添加进气阀和气缸部分。为了简化逡逑模型，在保证不影响计算结果的前提下，忽略了排气阀和某些过渡圆角、倒角等逡逑细节。图３．４为说明书上进气阀的具体尺寸，图３．５为气阀和气缸的几何模型，，图逡逑３．６为活塞位于上止点时仿真所需的整个计算域模型。逡逑Ａ  逡逑ｉ逦／逦ｉ逡逑＾〃／逦Ｉ邋．逡逑ａ邋．一’逡逑ｉ逡逑图３．４进气阀尺寸逡逑Ｆｉｇ．３．４邋Ｉｎｔａｋｅ邋Ｖａｌｖｅｓ逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.121

【参考文献】

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本文编号：2602979