双对置柴油机侧向组合喷雾燃烧过程的数值模拟研究

发布时间：2017-10-18 10:45

  本文关键词：双对置柴油机侧向组合喷雾燃烧过程的数值模拟研究

  更多相关文章： 双对置柴油机 计算流体力学 非对称喷孔 燃烧 排放

【摘要】：双对置柴油机拥有对置活塞发动机与对置气缸发动机的结构优势与工作特点,同转速下比传统柴油机多一倍输出功率。由于采用对置进排气活塞形式使得其进排气活塞运动速度是传统柴油机活塞运动速度的一半,因此双对置柴油机只能依靠较弱的进气涡流以及缸内湍流动能实现燃油与空气的混合,易导致喷雾燃烧过程中油气混合和燃烧效果不佳、碳烟和NOx排放高等问题。本文拟使用计算流体力学(CFD)软件开展双对置柴油机喷油雾化燃烧过程的分析研究,通过优化双对置柴油机喷雾与燃烧过程中的关键参数,实现改善其排放性能的目的。主要研究工作与研究成果包括:(1)根据双对置柴油机进排气活塞运动规律与活塞特殊的结构形式,利用三维建模软件提取进排气活塞顶面形状和气缸套共同构建成燃烧室模型,并在此基础上创建双对置柴油机侧向组合喷雾燃烧系统的三维CFD网格模型。(2)开展双对置柴油机非对称喷孔喷油器的定容弹喷雾试验,结果表明喷油压力和燃烧室背压是影响喷雾形态及喷雾贯穿距离的主要因素。在试验结果基础上进行CFD网格模型适应性和模型适应性研究,确定了双对置柴油机侧向组合喷雾的计算网格尺寸、湍流与喷雾模型。(3)基于喷雾试验拟定非对称喷孔布置方案与预喷-主喷方案,并进行了双对置柴油机燃油雾化燃烧过程的模拟计算。结果表明:恰当的喷孔布置方式可实现燃烧室内喷射的燃油油束的均匀分布,并易与缸内压缩空气迅速混合成可燃混合气;采用燃油预喷方案可缩短滞燃期使得缸内可燃混合气分布范围更大,缸内燃烧放热更快;随着预喷-主喷间隔角度增大,一氧化氮生成量曲线呈现先减小后增多的趋势;预喷燃油量增多,一氧化氮生成量越高,碳烟排放峰值依次减小。(4)后喷方案在减少一氧化氮排放量方面影响效果不明显,仅能实现小幅削减作用;但后喷方案对降低碳烟排放有着较显著的作用,主喷-后喷间隔角越大,碳烟排放量下降趋势与幅度越大;当后喷油量限定为主喷油量5%时,适当大的主喷-后喷间隔角更利于降低碳烟排放量。(5)开展双对置柴油机侧向组合喷雾和燃烧系统参数优化匹配的仿真计算。结果表明:通过合理的喷孔布置与合适的预喷与后喷方案可以同时降低氮氧化物与碳烟污染物排放水平。本文的研究对实现双对置柴油机缸内低排放燃烧具有一定的理论指导意义。
【关键词】：双对置柴油机 计算流体力学 非对称喷孔 燃烧 排放
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题理论背景与研究意义10-11
• 1.2 双对置柴油机工作特质11-13
• 1.3 双对置发动机国内外研究现状13-14
• 1.4 柴油机污染物与控制策略14-15
• 1.5 柴油机多次喷射技术15-16
• 1.6 论文主要研究内容16-17
• 第2章 双对置柴油机喷油与燃烧过程数值计算关键参数与求解器设置17-26
• 2.1 燃烧系统建模17-18
• 2.2 仿真边界与计算模块18-24
• 2.2.1 仿真边界条件18-20
• 2.2.2 计算方程与湍流模型20-22
• 2.2.3 喷雾模型设置22-23
• 2.2.4 燃烧模块设置23-24
• 2.2.5 排放模块设置24
• 2.3 本章小结24-26
• 第3章 非对称喷孔喷雾数值计算与模型标定26-34
• 3.1 非对称喷孔喷雾试验26-28
• 3.1.1 试验方案26-27
• 3.1.2 试验结果分析27-28
• 3.2 非对称喷孔喷雾数值模拟28-30
• 3.2.1 喷雾过程建模28
• 3.2.2 仿真边界条件与湍流模型28-29
• 3.2.3 喷雾模型与喷嘴设置29-30
• 3.2.4 试验结果输出30
• 3.3 喷雾数值计算网格适应性研究30-31
• 3.4 喷雾数值计算湍流模型适应性研究31-32
• 3.5 实验结果分析32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 喷油参数对双对置柴油机燃油雾化与燃烧影响规律研究34-49
• 4.1 喷油器喷孔布置方案对燃油雾化与燃烧影响研究34-42
• 4.1.1 喷油器喷孔布置方案设计34-36
• 4.1.2 喷油器喷孔布置方案对缸内燃油空气混合的影响36-38
• 4.1.3 喷油器喷孔布置方案对缸内燃油雾化与燃烧行程的影响38-40
• 4.1.4 喷油器喷孔布置方案燃烧与排放性能分析40-42
• 4.2 预喷油量方案对燃油雾化与燃烧影响研究42-48
• 4.2.1 预喷油量方案设计42-43
• 4.2.2 预喷油量方案对燃油雾化与燃烧的影响43-46
• 4.2.3 预喷油量方案燃烧与排放性能分析46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 预喷-主喷方案对双对置柴油机雾化燃烧的影响与燃烧系统优化分析49-66
• 5.1 预喷-主喷方案对燃油雾化燃烧的影响49-54
• 5.1.1 预喷-主喷方案设计49-50
• 5.1.2 预喷-主喷方案对燃油雾化与燃烧的影响50-51
• 5.1.3 预喷-主喷方案燃烧与排放性能分析51-54
• 5.2 预喷-主喷-后喷方案对燃油燃烧与排放的影响54-56
• 5.2.1 预喷-主喷-后喷方案设计54
• 5.2.2 预喷-主喷-后喷方案燃烧与排放性能分析54-56
• 5.3 燃烧系统优化匹配56-62
• 5.3.1 多次喷油策略分析56
• 5.3.2 单次喷油与多次喷油方案燃烧过程分析56-60
• 5.3.3 单次喷油与多次喷油方案燃烧与排放性能分析60-62
• 5.4 优化方案排放性能分析62-64
• 5.5 本章小结64-66
• 全文总结与展望66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录72

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