内燃机工作过程的三维数值模拟

发布时间：2017-05-16 19:11

  本文关键词：内燃机工作过程的三维数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源危机的日益凸显，环境污染问题加剧，柴油机以其热效率高，经济性好的优点在各行各业得到了广泛应用。降低柴油机排放物中的NOx和微粒一直是改善柴油机排放的核心问题，为了满足日益严格排放法规的要求，主要是从改善柴油机燃烧过程入手。柴油机燃烧过程是一个十分复杂而多变的物理、化学过程。燃烧过程的研究主要是通过实验手段，本文借助于奥地利AVL公司的FIRE软件，可不受试验条件的限制，模拟难以测量的缸内流场的详细信息，深入了解燃烧机理。 本文模拟了车用四冲程柴油机的压缩、燃烧、膨胀过程，，由于不考虑进气过程，进气道和进气门等细节可不考虑，简化的结构可降低其对网格的影响。文中在不改变燃烧室压缩比的情况下，设计了三种不同形状的燃烧室，分析其对混和气形成的影响。通过对缸内流场、温度场和浓度场的比较，发现燃烧室的形状和结构参数改变了缸内流场特性，影响了混合气的形成，进而决定了不同的燃烧特性。直口燃烧室的涡团形成时间最晚。缩口型燃烧室缩口较大，产生强烈的挤流，具有较长的涡流持续期，较大的湍流动能，更有利于混合气的形成，可以进一步加强扩散燃烧，充分改善燃烧品质。哑铃型燃烧室的流场强度比缩口型小。由于缸内流场较弱，直口型燃烧室喷雾贯穿距较大，侧壁燃油堆积严重，燃烧主要发生在燃油堆积处，容易造成燃烧室烧蚀。缩口型燃烧室缸内流场强度大，燃油分布均匀，燃烧发生在整个燃烧室内。但较高的涡流持续期容易造成残余废气系数较大，不利于向增压强化方向发展。燃油粘壁和油气混合的均匀性是影响Soot生成的重要因素。文中还分别考察了喷油提前角、EGR率、进气温度及分段喷射对燃烧过程及柴油机尾气中主要排放物NOx和碳烟的影响。
【关键词】：柴油机 燃烧模拟 混合气 燃烧室形状
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 柴油机排放物生成机理和控制措施11-16
• 1.2.1 NO_x生成机理和控制措施11-14
• 1.2.2 微粒生成机理和控制措施14-16
• 1.3 现代柴油机技术发展16-22
• 1.3.1 燃油喷射系统17-19
• 1.3.2 进排气系统19-21
• 1.3.3 新燃烧方式的探索21-22
• 1.4 内燃机工作过程数值模拟计算22-23
• 1.5 本课题的意义和内容23-24
• 第2章 直喷式柴油机的模拟仿真模型24-42
• 2.1 气相湍流流动模型24-29
• 2.1.1 描写流动与传热问题的控制方程的通用形式25-26
• 2.1.2 湍流物理量时均值定义及运算规则26
• 2.1.3 湍流对流换热的Reynolds时均方程26-27
• 2.1.4 湍流模型27-28
• 2.1.5 壁面函数法28-29
• 2.2 柴油机喷雾数值模拟模型29-36
• 2.2.1 液滴蒸发模型31-32
• 2.2.2 液滴破碎分裂模型32-34
• 2.2.3 液滴湍流扩散模型34-35
• 2.2.4 喷雾撞壁模型35-36
• 2.3 柴油机中燃烧的数值模型36-42
• 2.3.1 多组分化学反应流37-40
• 2.3.2 NO_x排放模型40-42
• 第3章 燃烧室形状对混合气形成的影响42-53
• 3.1 初始计算参数的确定43-44
• 3.2 发动机参数和计算网格划分44-45
• 3.3 缸内气流运动分析45-48
• 3.4 燃烧特性分析48-53
• 第4章 柴油机燃烧模拟及燃烧系统性能优化研究53-70
• 4.1 数值模拟计算结果及分析53-56
• 4.2 数值模拟计算值与实测值的对比56-57
• 4.3 喷油提前角对性能影响57-60
• 4.4 废气再循环对(EGR)性能影响60-64
• 4.5 进气温度的影响64-66
• 4.6 电控技术的应用-引导喷射和多次喷射66-70
• 第5章 全文总结及工作展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 对以后工作的展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间公开发表论文76-77
• 致谢77-78
• 研究生履历78

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