4190柴油机燃烧系统参数优化匹配的多维仿真研究

发布时间：2017-07-21 01:15

  本文关键词：4190柴油机燃烧系统参数优化匹配的多维仿真研究

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【摘要】：石油资源的日益短缺和排放法规的要求越来越严格对船舶柴油机的经济性和排放性提出了更高的要求。柴油机的经济性和排放性主要取决于其缸内的燃烧过程,而柴油机缸内燃烧过程又受到油、气、室系统多个参数的制约和影响,本文就是基于学院4190柴油机实验平台,利用CFD软件FIRE建立柴油机缸内工作工程的仿真模型,在模型正确的基础上,研究了油、气、室三系统参数变化对缸内燃烧过程及排放的影响规律,并对燃烧系统参数进行了优化匹配的研究。首先,通过柴油机台架试验以及BOOST模型计算得到仿真的初始条件和边界条件,利用FIRE软件,建立4190柴油机高压循环的仿真模型,利用该模型对柴油机高压循环进行仿真计算,通过与实验缸压的对比验证模型的正确性。其次,采用单参数轮换的方法分别研究了柴油机燃烧室结构参数中的喉口直径、凸台高度、凹坑半径,燃油喷射系统参数中的喷孔直径、喷油提前角、油束夹角以及进气参数中的涡流比对燃烧过程和排放性能的影响。最后,对燃烧系统参数之间的匹配作用进行了研究,应用正交设计的方法对7组参数以及两组参数的交互作用进行了研究,分析并得到了针对指示功率、NOX生成的质量分数为评价指标的参数的权重系数。将单参数优化分析得到的参数组合与正交设计方法得到的最优组合进行比较,最终得到了针对不同评价指标的最优燃烧系统参数组合,指导柴油机改造的过程。
【关键词】：柴油机 燃烧系统参数 仿真 正交设计 优化
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 选题的背景和意义9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-12
• 1.2.1 柴油机燃烧过程多维仿真的研究现状9-10
• 1.2.2 柴油机燃烧系统参数优化匹配研究状况10-12
• 1.2.3 国内外研究现状分析12
• 1.3 本文研究的主要内容12-14
• 第2章 柴油机燃烧模拟的数学模型建立14-24
• 2.1 湍流流动模型14-15
• 2.2 燃油喷射模型15-20
• 2.2.1 基本方程15-16
• 2.2.2 喷雾子模型16-17
• 2.2.3 液滴蒸发模型17
• 2.2.4 破碎模型17-19
• 2.2.5 碰壁子模型19-20
• 2.2.6 湍流扩散模型20
• 2.3 燃烧模型20-22
• 2.3.1 着火模型20-21
• 2.3.2 湍流燃烧模式21-22
• 2.4 废气生成模型22-23
• 2.4.1 NOX生成模型22
• 2.4.2 碳烟生成模型22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 缸内燃烧过程建模仿真与验证24-30
• 3.1 计算对象及几何模型的建立24-26
• 3.2 仿真计算初始条件及边界条件的选取26-27
• 3.2.1 初始温度和压力的选取26
• 3.2.2 循环喷油量26-27
• 3.2.3 湍流动能和湍流长度尺度27
• 3.3 模型验证及结果分析27-29
• 3.3.1 模型的验证27-28
• 3.3.2 4190 柴油机燃烧过程仿真结果分析28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 燃烧系统参数对柴油机燃烧排放的影响30-58
• 4.1 燃烧系统参数的分析与选取30
• 4.2 喉口直径对燃烧排放的影响30-35
• 4.2.1 喉口直径对缸内气流和混合气的影响31-33
• 4.2.2 喉口直径对燃烧过程和性能的影响33-34
• 4.2.3 喉口直径对排放性能的影响34-35
• 4.3 凸台高度对燃烧排放的影响35-39
• 4.3.1 凸台高度对缸内气流运动和混合气的影响35-37
• 4.3.2 凸台高度对燃烧过程和性能的影响37-39
• 4.3.3 凸台高度对排放性能的影响39
• 4.4 凹坑半径对燃烧排放的影响39-44
• 4.4.1 凹坑半径对缸内气流运动和混合气的影响40-42
• 4.4.2 凹坑半径对燃烧过程和性能的影响42-43
• 4.4.3 凹坑半径对排放性能的影响43-44
• 4.5 喷孔直径对燃烧排放的影响44-46
• 4.5.1 喷孔直径对缸内工作过程的影响44-46
• 4.5.2 喷孔直径对排放性能的影响46
• 4.6 喷油提前角对燃烧排放的影响46-49
• 4.6.1 喷油提前角对燃烧过程的影响47-48
• 4.6.2 喷油提前角对排放过程的影响48-49
• 4.7 油束夹角对燃烧排放的影响49-53
• 4.7.1 油束夹角对油气混合过程的影响49-51
• 4.7.2 油束夹角对缸内燃烧过程的影响51-53
• 4.7.3 油束夹角对排放过程的影响53
• 4.8 涡流比对燃烧排放的影响53-56
• 4.8.1 涡流比对缸内工作过程的影响53-56
• 4.8.2 涡流比对排放过程的影响56
• 4.9 本章小结56-58
• 第5章 柴油机燃烧系统多参数匹配的研究58-67
• 5.1 喉口直径与涡流比的匹配研究58-59
• 5.2 凸台高度与油束夹角的匹配研究59-61
• 5.3 基于正交设计法的燃烧系统多参数优化匹配研究61-66
• 5.3.1 正交设计方法简介61
• 5.3.2 正交设计方案的确定61-63
• 5.3.3 仿真结果分析63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 结论和展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72
• 在校期间发表的学术论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张世鹰,葛蕴珊,周磊,李文祥,张付军;直喷式柴油机排放性能仿真研究[J];北京理工大学学报;2005年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 刘建英;高强化柴油机燃烧系统参数优化匹配的多维仿真研究[D];北京交通大学;2007年

2 牛有城;大功率柴油机燃烧过程参数化分析及系统参数优化匹配研究[D];北京交通大学;2009年

3 杨文昊;高强化柴油机进气流动与缸内燃烧的多维数值模拟研究[D];北京交通大学;2009年

4 马海涛;4190柴油机电控燃油喷射系统匹配与标定优化研究[D];集美大学;2013年

5 王巨如;4190Z_LC型柴油机进气—压缩—燃烧过程的数值分析[D];集美大学;2014年

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本文编号：570831