柴油机缸内燃烧数值模拟研究

发布时间：2017-04-18 21:17

  本文关键词：柴油机缸内燃烧数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源和环境问题的日益严重，节约能源、保护环境在全社会已经形成共识。而柴油是由石油提炼而来的，所以为了节约石油资源，世界各国对柴油机的燃烧与排放等各方面的规定都更加严格。这就需要我们深入研究燃烧与排放问题。研究柴油机燃烧与排放的方法主要有实验法与数值模拟法两种，它们各有所长，本论文采用第二种方法对柴油机进行燃烧过程数值模拟研究。 本文运用FIRE软件建立柴油机燃烧的计算模型，然后设置合理的边界条件、初始条件以及选择合理数学模型，对从进气门关闭到排气门打开的过程进行模拟计算，通过对比实验与仿真数据进行了模型的校核与验证，并对额定工况（2500r/min）下的热力参数与物理场进行研究。结果表明：在367°CA压力到最大值17.34MPa；376°CA平均温度达到最大值1888K；410°CA时NOx质量分数达到最大值1.45×10-5，此后基本保持不变。碳烟是边生成边氧化的，在364.9°CA附近其质量分数达到最大值3.365×10-5，然后慢慢减少；同时从温度场可以看出，在上止点附近358°CA，由于缸内压力升高率特别大，所以温度升高也特别快；随着燃烧强度降低，缸内温度逐渐降低。 在此基础上，本论文研究了喷雾锥角对燃烧的影响。它主要影响油束在缸内的贯穿部位和油滴颗粒发生碰壁的位置，如果喷雾锥角过小会使得油雾在燃烧室凹坑处大量累积，对燃油的扩散和混合不利；适当增大喷雾锥角会使燃油沿着燃烧室的凹坑壁面移动，使它与更多空气接触并互相作用，促进燃油和空气的混合。 此外，还研究了喷油提前角对燃烧的影响。结果表明：减小提前角，放热率曲线会整体往后移动并且其峰值会减小；增大提前角，缸内燃烧起点提前，缸内最大压力、压力升高率、最高温度明显变大，，同时NOx生成也表现出逐渐增加的趋势，并得出当提前角从5°CA提前到9°CA时，NOx的质量分数也从1.1×10-5增加到1.9×10-5的结论。所以适当地减小提前角能够避免柴油机粗暴工作、减小燃烧噪声和NOx的生成量，但是随着提前角的减小，Soot排放会增加。当提前角不同时，同一曲轴转角处缸内浓度场有明显的差异，并在一定的范围内，增大提前角，着火时会有更多的均匀混合气。
【关键词】：柴油机 燃烧过程 数值模拟 喷雾锥角 喷油提前角
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外内燃机燃烧模拟研究现状12-16
• 1.2.1 内燃机数值模拟研究现状12-14
• 1.2.2 内燃机燃烧模型研究现状14-15
• 1.2.3 内燃机数值模拟软件的国内外现状15-16
• 1.3 FIRE 软件介绍16
• 1.4 本文主要工作内容16-18
• 2 柴油机缸内燃烧数值模拟理论基础18-31
• 2.1 基本控制方程18-19
• 2.2 缸内湍流运动模型19-21
• 2.3 缸内燃烧相关模型21-22
• 2.3.1 着火模型21-22
• 2.3.2 燃烧模型22
• 2.4 喷雾模型分析22-27
• 2.4.1 离散液滴模型基本方程23-24
• 2.4.2 破碎模型24-25
• 2.4.3 碰壁模型25-27
• 2.4.4 液滴蒸发模型27
• 2.5 排放物模型27-29
• 2.5.1 氮氧化物生成模型27-28
• 2.5.2 碳烟生成模型28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 3 缸内燃烧过程仿真建模31-40
• 3.1 几何模型的建立31-32
• 3.2 计算网格划分32-35
• 3.2.1 燃烧室网格的划分32-33
• 3.2.2 气缸动网格的生成33-35
• 3.3 计算初始参数和边界条件35-38
• 3.3.1 初始条件35-37
• 3.3.2 边界条件37
• 3.3.3 子模型的选取37-38
• 3.3.4 松弛因子设置38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 模型的验证及分析结果40-47
• 4.1 模型的验证40-41
• 4.2 分析计算结果41-46
• 4.2.1 热力参数的计算与分析41-44
• 4.2.2 缸内温度场计算及分析44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 燃烧过程影响因素分析47-56
• 5.1 喷雾锥角对燃烧的影响47-50
• 5.2 喷油提前角对燃烧的影响50-55
• 5.2.1 喷油提前角对燃烧放热率的影响51
• 5.2.2 喷油提前角对缸内平均压力、平均温度的影响51-52
• 5.2.3 喷油提前角对排放特性的影响52-53
• 5.2.4 喷油提前角对缸内浓度场的影响53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 6 总结与展望56-58
• 6.1 总结56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表论文61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张卫正;原彦鹏;郭良平;魏春源;;高功率密度柴油机设计问题的仿真[J];兵工学报;2006年05期

2 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

3 张玉申;高功率密度柴油机及其关键技术[J];车用发动机;2004年03期

4 桂勇;骆清国;张更云;韩树;龚正波;;高功率密度柴油机智能冷却系统设计研究[J];车用发动机;2008年S1期

5 张志军;杨震寰;杨贵春;;高功率密度柴油机紧凑性研究[J];车用发动机;2009年04期

6 李云清;王金成;李天蕾;;喷雾锥角对柴油机燃烧过程影响的数值模拟[J];柴油机设计与制造;2006年02期

7 马艳丽;高月娥;;我国未来汽车保有量情景预测研究[J];公路交通科技;2007年01期

8 苏石川,严兆大,季律人;增压直喷式柴油机缸内燃烧可视化及其排放的试验研究[J];内燃机工程;2005年03期

9 李向荣,何圣华,魏熔;柴油机双卷流燃烧系统的研究[J];内燃机学报;2003年03期

10 王威;张云飞;关立哲;;柴油机燃烧过程的影响因素分析[J];内燃机与配件;2012年06期

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本文编号：315781