内燃机中喷雾碰壁及油膜蒸发的数值模拟研究

发布时间：2017-03-25 05:00

  本文关键词：内燃机中喷雾碰壁及油膜蒸发的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：内燃机中不可避免地会发生喷雾碰壁及附壁油膜现象。在进气道喷射汽油机冷启动时期,由于喷射压力和壁面温度较低,使得喷雾雾化不充分。这些不能充分蒸发的燃油会落到进气道壁面及进气阀背部,产生油膜沉积。对于小缸径的缸内直喷汽油机,喷嘴与壁面距离较近,喷雾颗粒与空气混合时间短,在活塞表面及气缸套上也容易产生附壁油膜。这些未蒸发的液态油膜不仅会影响混合气的形成,也会使HC排放增加。 随着CFD流体仿真软件的快速发展,实现了对缸内工作过程的多维数值模拟计算,为探究缸内复杂湍流运动提供了可能。本文基于Fluent软件,利用以欧拉-拉格朗日为基础的DPM方法,建立了喷雾碰壁及油膜蒸发模型,研究了影响附壁油膜蒸发的因素,主要内容包括： 根据文献中的实验条件,首先建立了低压单孔的喷雾碰壁及油膜蒸发模型,并将喷油结束后14ms时刻的油膜厚度和不同时刻油膜面积的变化与实验数据进行了对比。数值结果与实验值吻合良好,验证了模型的可靠性。在此模型基础上分析了各种因素对油膜蒸发的影响,包括喷射高度,喷油脉宽,喷射角度,喷射压力,壁面温度和空气流速等,总结了油膜厚度,附壁油膜质量比率和燃油蒸汽质量比率的变化规律。 其次研究了缸内直喷汽油机背景下的高压多孔喷雾,并分析附壁油膜的形成及蒸发情况。根据实验条件,建立了定容弹模型,与实验结果中的贯穿距数据和喷雾碰壁形态作了对比,进而分析了喷射压力、壁面温度和环境背压对蒸发量的影响。 最后加入活塞运动,模拟发动机压缩行程后期的喷油情况。通过改变喷油定时及喷射压力,分析附壁油膜质量和蒸发量的变化。 通过建立汽油机工作条件下的壁面油膜模型,并分析影响附壁油膜蒸发的各种因素,为喷雾的优化及附壁油膜比率的降低,减少HC的排放提供了理论依据。
【关键词】：汽油机 DPM 油膜蒸发 动网格
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 喷雾碰壁及油膜蒸发的研究现状10-16
• 1.2.1 实验研究11-14
• 1.2.2 数值模拟研究14-16
• 1.3 本文研究内容16-18
• 2 喷雾碰壁及油膜蒸发的计算模型和理论18-29
• 2.1 数学模型18-21
• 2.1.1 基本控制方程18-19
• 2.1.2 求解方法19
• 2.1.3 湍流模型19-21
• 2.2 喷雾碰壁模拟的物理模型21-27
• 2.2.1 碰撞聚合模型21-23
• 2.2.2 喷雾破碎模型23-24
• 2.2.3 雾化和蒸发模型24-26
• 2.2.4 动态曳力模型26
• 2.2.5 离散相与连续相间的耦合26-27
• 2.3 本章小结27-29
• 3 低压单孔喷雾碰壁及油膜蒸发研究29-53
• 3.1 附壁油膜模型29-32
• 3.1.1 喷雾与壁面相互作用29-30
• 3.1.2 壁面油膜守恒方程30-32
• 3.2 附壁油膜蒸发模型验证32-35
• 3.3 影响因素的数值模拟分析35-52
• 3.3.1 不同喷射高度对油膜的影响35-38
• 3.3.2 不同喷油脉宽对油膜的影响38-40
• 3.3.3 不同喷射角度对油膜的影响40-43
• 3.3.4 不同喷射压力对油膜的影响43-46
• 3.3.5 不同壁面温度对油膜的影响46-49
• 3.3.6 不同空气流速对油膜的影响49-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 高压多孔喷雾碰壁及油膜蒸发研究53-67
• 4.1 喷雾碰壁模型验证53-57
• 4.1.1 单孔自由喷雾模拟53-55
• 4.1.2 多孔自由喷雾模拟55-56
• 4.1.3 多孔喷雾碰壁模拟56-57
• 4.2 各种影响因素分析57-65
• 4.2.1 喷射压力的影响58-60
• 4.2.2 喷射压力和壁面温度的共同影响60-62
• 4.2.3 环境压力的影响62-65
• 4.3 本章小结65-67
• 5 动网格运动下的附壁油膜研究67-75
• 5.1 动网格再生方法67-68
• 5.2 In-cylinder模型68
• 5.3 几何模型及网格划分68-69
• 5.4 影响因素分析69-73
• 5.4.1 喷油定时的影响70-72
• 5.4.2 喷射压力的影响72-73
• 5.5 本章小结73-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

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本文编号：266661