内燃机性能多学科优化模拟研究

发布时间：2017-12-17 09:17

  本文关键词：内燃机性能多学科优化模拟研究

  更多相关文章： 内燃机 燃烧 性能 数值模拟 多学科优化

【摘要】：内燃机由于体积小、动力好、效率高等优点,已成为当今世界最受欢迎的动力装置,被广泛应用于汽车、化工、航空等领域。对内燃机燃烧、排放等性能的研究具有非常重要的意义。本文主要以一四冲程往复活塞式内燃机为研究对象,利用AVL Fire软件模拟研究了内燃机瞬态工作过程并对性能进行分析,主要内容如下:(1)根据具体结构参数,建立内燃机简化的几何模型,对其进行动网格划分,确定计算初始值,设置合适的边界条件及物理模型,并对相应模型进行了考核,误差均不超过3%,验证了计算结果的可信性,并分析了压力场、温度场及污染物排放等分布规律得出:最大爆发压力出现在368oCA左右,约为16.5MPa,缸内最大平均温度约为1853K,在492oCA排气门打开时,NOx质量分数为2.73×10-3,Soot质量分数为1.51×10-5。(2)增大初始压力,对缸内污染物及动力性能都有很好的影响。随着初始压力由0.15MPa增大到0.35MPa,缸内爆发压力增大,最高温度降低,NOx最终质量分数由0.00361降低到0.00204,Soot最终质量分数则由3.74×10-5降低到9.0×10-6,单缸循环指示功则由从520.54J增加到563.74J;随着喷油提前角增大,缸内爆发压力、最高温度及NOx最终质量分数增大,Soot最终质量分数降低,单缸循环指示功在15oCABTDC时有最大值555.04J;增大涡流比可以降低缸内最大平均温度,随着涡流比由0.5增大到3.5时,单缸循环指示功则由562.8J降低到546.0J,在涡流比为3.5时,缸内NOx质量分数有最小值2.65×10-3。(3)随着燃烧室Sc(燃烧室形状)值由3.5增大到6.5时,内燃机缸内性能变化较大,在Sc=4.5缸内有最高温度,Sc为4.5和5.5时缸内Soot质量分数较低分别为1.5×10-5和1.6×10-5,在Sc为5.5时NOx平均质量分数有最小值2.73×10-3,单缸循环指示功有最大值566.79J;燃烧室偏心距的增大对内燃机排放、动力等性能有重要影响,随着偏心距由0mm增大到8mm,缸内最大湍动能逐渐降低,在偏心距为4mm时,缸内Soot有最低质量分数4.12×10-5,且单缸循环功有最大值562.67J。(4)利用Isight优化平台集成AVL Fire软件,搭建合适的多学科优化平台,优化最佳喷油参数:以喷油持续期和喷油夹角为自变量,以最高爆发压力为约束条件,以NOx和Soot总质量分数为目标函数进行多学科优化,得出在喷油夹角为151o,喷油终止角为373oCA时,目标函数取得最小值。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 李滨丹;吴宁;;探讨汽车尾气污染危害与对策[J];环境科学与管理;2009年07期

2 王驰明;蔡振雄;李寒林;潘玉平;;小缸径直喷式柴油机燃烧与NO_x排放物仿真[J];集美大学学报(自然科学版);2011年06期

3 薛彩军,聂宏,姜少飞;机械产品协同优化设计研究综述[J];机械科学与技术;2005年05期

4 王锡斌,蒋德明,董学尧;内燃机工作过程数值模拟中的CFD[J];拖拉机与农用运输车;2002年04期

5 沈颖刚,王宇琳,郑伟,申立中,韦静思;内燃机燃烧过程数值模拟技术发展概况[J];拖拉机与农用运输车;2004年01期

6 史春涛;任立红;于善颖;刘志锋;;喷雾破碎模型在内燃机CFD中的应用[J];拖拉机与农用运输车;2006年03期

7 苏万华;鹿盈盈;于文斌;黄豪中;韩志强;赵霏阳;裴毅强;孙田;孙永亮;;柴油机高密度-低温燃烧的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2010年03期

8 尹天佐;袁永先;解美玲;;高速直喷柴油机的燃烧特性和排放试验研究[J];小型内燃机与摩托车;2008年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 王凤;16V240ZJE柴油机缸内燃烧过程数值模拟[D];大连交通大学;2010年

2 宋建桐;生物柴油在柴油机上的应用研究[D];长安大学;2006年

3 戴建营;内燃机工作过程数值模拟[D];西华大学;2007年

4 刘宇;直喷式柴油机涡流室燃烧系统的燃烧模拟[D];大连理工大学;2007年

5 刘克锋;船舶多学科设计优化建模研究[D];武汉理工大学;2010年

6 王欣;4D24柴油机燃烧过程的多维数值模拟[D];南昌大学;2013年

，

本文编号：1299571