柴油机侧卷流燃烧系统混合燃烧特性研究

发布时间：2017-07-28 19:10

  本文关键词：柴油机侧卷流燃烧系统混合燃烧特性研究

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【摘要】：柴油机侧卷流燃烧系统是为提高柴油机缸内空气利用效率、优化油气混合过程、改善柴油机经济和排放性能开发的一种以燃烧室形状为核心的新型燃烧系统。其主要特点是通过在燃烧室壁面附近正对喷孔喷油方向上设计分流造型,使油束在到达燃烧室壁面附近后与分流造型接触并分向两侧,在圆弧壁面的导向作用下,燃油在分流造型两侧发生卷动,形成两个侧向卷流,从而实现加速缸内油气混合、燃烧的目的。为全面了解侧卷流燃烧系统工作过程,客观评价侧卷流燃烧系统燃烧排放性能,本文采用了可视化试验、仿真计算和单缸机试验等方法对侧卷流燃烧系统的喷雾及射流着火燃烧特性、油气混合机理和实际燃烧排放性能进行了研究。为了解侧卷流燃烧系统中的混合气扩散能力和空气利用情况,首先在定容测试装置中模拟柴油机工作环境对侧卷流燃烧系统的喷雾及射流着火特性进行了试验研究,从喷雾发展过程、射流着火火焰形态等方面对侧卷流燃烧室中的碰壁特性进行了分析。结果表明,燃油在与侧卷流分流造型发生作用后在壁面导流作用下可在其两侧发生明显的卷动,这种卷动效应可带动燃油在燃烧室空间内快速发展,有效增加燃油喷雾扩散面积;侧卷流燃烧室中火焰与分流造型接触后被均分为两束,且在壁面附近堆积的燃油较少,燃油喷入已燃区燃烧的现象在侧卷流燃烧室中得到了改善。为了解侧卷流燃烧系统燃烧过程特征。采用仿真计算方法,从缸内气体流动、油气混合物形成、燃油分布、速度场变化、燃烧速率和污染物生成等方面对比分析了侧卷流燃烧系统和传统燃烧系统的不同特点,探明了侧卷流燃烧系统油气混合机理,得到了侧卷流燃烧系统改善柴油机油气混合和燃烧过程的三阶段特征。在侧卷流燃烧系统缸内油气混合燃烧机理研究的基础上,对侧卷流燃烧室直径、分流造型高度、分流圆弧半径等关键结构参数对侧卷流燃烧系统燃烧排放性能的影响进行了研究,从动力和排放性能两方面对不同形状的侧卷流燃烧室性能进行了评价分析。得到了燃烧室关键结构参数对侧卷流燃烧系统混合燃烧过程的影响规律,提出了侧卷流燃烧室的匹配设计方法。最后,为验证侧卷流燃烧系统实际性能,在单缸机试验台架上对侧卷流燃烧系统燃烧特性进行了测试分析。试验以双卷流燃烧系统为基础对侧卷流燃烧系统燃烧、排放性能进行了对比分析。试验结果表明,侧卷流燃烧系统可有效降低柴油机燃油消耗率,提高指示热效率,缩短燃烧持续期。相对于油耗的改善,侧卷流燃烧系统在排放性能上表现出来的优势更为明显,由于双卷流燃烧系统的性能已得到验证,可认为燃烧和排放性能均优于双卷流燃烧系统的侧卷流燃烧系统具有良好的应用前景。
【关键词】：柴油机 侧卷流燃烧系统 喷雾混合 燃烧 排放性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 引言11
• 1.2 改善柴油机油气混合过程的方法11-12
• 1.3 柴油机燃烧系统研究概况12-26
• 1.3.1 分隔式燃烧系统12-15
• 1.3.2 直喷式燃烧系统15-26
• 1.4 侧卷流燃烧系统的提出26-30
• 1.4.1 柴油机燃烧室内空气利用问题26-28
• 1.4.2 侧卷流燃烧系统与花瓣型燃烧系统的区别28-30
• 1.5 本文主要研究内容30-31
• 第2章 侧卷流燃烧系统喷雾及射流着火燃烧特性研究31-50
• 2.1 试验装置与试验方法31-35
• 2.1.1 喷雾碰壁试验31-33
• 2.1.2 碰壁射流着火试验33-35
• 2.2 侧卷流燃烧系统喷雾碰壁特性研究35-41
• 2.3 侧卷流燃烧系统碰壁射流着火燃烧特性研究41-48
• 2.4 本章小结48-50
• 第3章 侧卷流燃烧系统油气混合机理分析50-76
• 3.1 计算模型50-52
• 3.2 不喷油时的侧卷流燃烧系统缸内流动特性分析52-57
• 3.3 侧卷流燃烧系统缸内燃烧特性分析57-75
• 3.3.1 燃油喷射角度对燃烧过程影响57-61
• 3.3.2 侧卷流燃烧系统缸内燃油分布特性61-64
• 3.3.3 侧卷流燃烧系统缸内速度分布特性64-69
• 3.3.4 侧卷流燃烧系统缸内湍动能分布特性69-70
• 3.3.5 侧卷流燃烧系统缸内温度分布特性70-72
• 3.3.6 侧卷流燃烧系统性能对比分析72-75
• 3.4 本章小结75-76
• 第4章 燃烧室结构参数对侧卷流燃烧系统性能影响研究76-96
• 4.1 不同燃烧室直径时的侧卷流燃烧系统燃烧特性分析76-83
• 4.2 不同分流造型高度时的侧卷流燃烧系统燃烧特性分析83-89
• 4.3 不同分流圆弧半径时的侧卷流燃烧系统燃烧特性分析89-95
• 4.4 本章小结95-96
• 第5章 侧卷流燃烧系统性能匹配研究96-130
• 5.1 试验装置与试验方法96-99
• 5.2 试验结果分析99-129
• 5.2.1 喷射角度对侧卷流燃烧系统性能的影响99-104
• 5.2.2 油束夹角对侧卷流燃烧系统性能的影响104-110
• 5.2.3 燃烧室直径对侧卷流燃烧系统性能的影响110
• 5.2.4 侧卷流燃烧系统性能综合对比110-129
• 5.3 本章小结129-130
• 第6章 结论与展望130-135
• 6.1 主要研究成果与结论130-132
• 6.2 本文主要创新点132-134
• 6.3 后续工作展望134-135
• 参考文献135-141
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单141-142
• 致谢142-143
• 作者简介143

【参考文献】

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本文编号：585574