非道路用柴油机缸内气体流动与喷雾三维数值模拟

发布时间：2017-05-12 18:01

  本文关键词：非道路用柴油机缸内气体流动与喷雾三维数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 在非道路移动机械中,绝大多数是以柴油机作为动力。随着能源与环境问题持续受到关注,我国已经对非道路用柴油机制定了严格的排放标准。为了满足日益严格的排放标准,有必要采取有效的措施来降低非道路用柴油机的废气排放。对于中小型非道路用柴油机而言,优化油、气、燃烧室三者之间的匹配是降低尾气排放最重要的手段之一。随着数值模拟计算方法的不断发展,人们得以能详细研究柴油机缸内流场及喷雾过程,进而可以辅助我们对燃烧系统进行优化设计。本文利用STAR-CD软件对非道路用柴油机TY3100的进气压缩及喷雾过程进行了三维数值模拟研究。 首先,应用逆向工程技术和三维绘图软件UG建立了包括进排气道、气缸、燃烧室在内的柴油机三维实体模型,再利用内燃机网格生成工具ES-ICE建立了柴油机三维实体动网格模型,并借助发动机仿真软件GT-POWER提供了用于CFD模拟的初始和边界条件。 其次,对发动机进气压缩过程进行了三维瞬态数值模拟,得到了气体的流场、温度场和压力场的分布,以及如湍动能、涡流比等流动参数随曲轴转角变化的曲线,并深入研究了进气道、缸内气体的流动状态以及压缩阶段燃烧室内的湍流运动,分析了螺旋进气道的形状、燃烧室偏心等因素对缸内气流运动的影响。分析结果表明,进气过程中,缸内气体由紊乱的流动变为涡流运动；螺旋进气道存在气流交汇区域,降低了气道流通性能；气门座内存在气流运动,并能在压缩末期产生较高的湍流区域；哑铃型燃烧室使得挤流运动强烈,并且明显增强了缸内的涡流强度,燃烧室偏心布置使得缸内气流运动不均匀,不利于油气的混合。 第三,对发动机燃油喷射过程进行了三维数值模拟模拟,深入研究了每个油束的雾化历程以及油气混合气在缸内的运动规律,分析了油束夹角、涡流强度等因素对喷雾过程的影响。研究表明,由于油嘴与燃烧室位置的不对称性,各个喷孔油束的贯穿度并不一致,各个喷孔方向上燃油喷射状况也存在明显的差异,使得缸内燃油分布不均匀。 此外,本文还着重研究了燃烧室形状对缸内气体流动及喷雾的影响。针对应用较为广泛的哑铃型燃烧室设计了三种燃烧室方案,分析了燃烧室的结构参数对涡流特性、压缩挤流运动、燃油雾化等的影响。利用对模拟结果的比较选出了一个较佳的燃烧室设计方案,该方案在实际的发动机排放测试中被证明达到了较佳的排放效果。数值模拟加深了作者对发动机内部流场以及喷油雾化的认识,模拟的结果也可以为进一步优化TY3100柴油机的结构、性能参数提供理论依据。
【关键词】：非道路柴油机 喷雾 CFD 螺旋进气道 哑铃型燃烧室
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 非道路用柴油机排放法规及其控制技术11-13
• 1.3 内燃机进气道—缸内气体流动数值模拟发展现状13-15
• 1.4 内燃机喷雾过程数值模拟发展现状15-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 气体流动三维数值模拟方法18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 数学模型18-21
• 2.2.1 气体流动控制方程18-20
• 2.2.2 湍流运动模型20-21
• 2.3 数值计算方法21-24
• 2.3.1 控制方程的离散化22
• 2.3.2 差分格式22
• 2.3.3 离散方程组的计算方法22-23
• 2.3.4 代数方程组的求解方法23-24
• 2.4 初始条件和边界条件24-25
• 2.4.1 初始条件24
• 2.4.2 边界条件24-25
• 2.5 计算网格模型的建立25-30
• 2.5.1 几何模型的建立26-27
• 2.5.2 动网格的生成27-29
• 2.5.3 气道和燃烧室网格的生成29-30
• 2.5.4 网格的合并30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 进气压缩过程三维瞬态数值模拟31-52
• 3.1 计算条件的设定31-32
• 3.2 计算结果及分析32-51
• 3.2.1 缸内平均参数的变化32-35
• 3.2.2 气道内气体流动情况35-41
• 3.2.3 进气压缩流动变化过程41-47
• 3.2.4 压缩末期缸内流动分析47-49
• 3.2.5 气门座对气流运动的影响49-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第4章 喷雾过程三维瞬态数值模拟52-64
• 4.1 喷雾模型52-56
• 4.1.1 Reitz—Diwakar液滴破碎模型52-53
• 4.1.2 沸腾模型53
• 4.1.3 Effective喷嘴模型53-54
• 4.1.4 Huh模型54-56
• 4.1.5 Bai撞壁模型56
• 4.2 燃油喷射的雾化历程56-61
• 4.3 油束夹角对喷雾的影响61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 燃烧室对缸内气流运动及喷雾的影响64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 直喷式燃烧室的设计64-66
• 5.3 燃烧室对缸内气流运动的影响分析66-69
• 5.4 燃烧室对混合气形成的影响分析69-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第6章 总结及展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 工作展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 何文剑;孙平;王唯栋;;柴油机进气过程三维瞬态数值模拟研究[J];车辆与动力技术;2011年04期

2 杨海涛;夏兴兰;王胜利;郭立新;骆聪;华_";;非道路柴油机进气及喷油系统的虚拟优化匹配[J];现代车用动力;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

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中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 贾琼;柴油机工作过程模拟中网格与状态方程的研究[D];大连理工大学;2012年

2 王鑫鑫;柴油机螺旋进气道流动特性影响因素研究[D];昆明理工大学;2012年

3 陈善平;增压直喷汽油机油气混合分析与性能参数优化[D];湖南大学;2012年

4 王丽娜;定容室内掺水乳化柴油喷雾特性研究[D];华中科技大学;2012年

5 王恩浩;基于结构参数的柴油机进气道优化设计[D];山东大学;2013年

  本文关键词：非道路用柴油机缸内气体流动与喷雾三维数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：360444