对置活塞二冲程柴油机换气过程研究

发布时间：2017-08-01 23:23

  本文关键词：对置活塞二冲程柴油机换气过程研究

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【摘要】：对置活塞二冲程柴油机以其高效、高功率密度、平衡性好等优势，引起国内外众多学者的广泛关注。本文以折叠曲柄式对置活塞二冲程发动机为研究对象，以换气理论为指导，采用数值仿真与试验研究相结合的方法，开展了对置活塞二冲程柴油机换气过程的研究。 本文根据发动机换气过程的结构特点及工作原理，进行了换气过程的特性分析，获得了该结构柴油机换气时间短、换气过程中新鲜充量与燃烧废气存在掺混等特点；分析了缸内气体流动形式并且提出了有效组织缸内气流的具体措施，主要包括采用不同扫气口倾角、仰角等结构参数的设计；建立了该结构柴油机的一维仿真模型和三维CFD缸内流场仿真模型。 本文利用一维模拟计算的方法开展了气口高度、宽度比对换气品质的影响规律研究，结果表明：给气比、扫气效率随着扫气口高度、宽度比的增加而升高，捕获率随扫气口的高度、宽度比的增大而降低；给气比随排气口的高度、宽度比的增加而升高，捕获率、扫气效率随排气口的高度、宽度比的增加而降低。利用三维CFD模拟计算的方法开展了扫气口倾角、仰角对换气品质及缸内气流运动的影响，结果表明：扫气口倾角可显著提高缸内涡流水平，但过大的扫气口倾角会造成扫气效率的损失，研究表明倾角大于10°后，换气过程末期气缸排气侧中心区域形成“已燃气体滞留区”，并且随着倾角的增大，“滞留区”的面积越来越大，不利于换气；扫气口仰角可显著提高缸内滚流水平，但过大的仰角会造成扫气效率的损失。因此，合理优化扫气口倾角、仰角结构可以有效地组织缸内的气体流动，有助于缸内混合与燃烧组织，会一定程度上降低换气品质。 本文针对对置活塞二冲程发动机换气特点和示踪气体法测试原理，提出了示踪气体法在对置活塞二冲程柴油机上的具体试验方案，利用该方法开展了发动机换气过程的试验研究，分析了运转工况对发动机换气品质的影响规律，研究结果表明：转速一定时，随着进排气压差的升高，给气比升高，捕获率降低，扫气效率升高；进排气压差一定时，随着转速的升高，，给气比降低，捕获率升高，扫气效率降低。
【关键词】：对置活塞 二冲程 直流扫气 换气过程 示踪气体法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 对置活塞二冲程发动机概述11-17
• 1.2.1 对置活塞二冲程发动机发展历程11
• 1.2.2 对置活塞二冲程发动机基本结构11-12
• 1.2.3 对置活塞二冲程发动机研究现状12-17
• 1.3 对置活塞二冲程发动机换气过程概述17-20
• 1.3.1 二冲程发动机换气过程概述17-18
• 1.3.2 对置活塞二冲程发动机换气过程研究现状18-20
• 1.4 研究内容、目的及意义20-21
• 1.4.1 研究意义20
• 1.4.2 本文主要研究内容20-21
• 第2章 对置活塞二冲程柴油机换气过程特性分析21-31
• 2.1 对置活塞二冲程柴油机结构特点21-22
• 2.2 对置活塞二冲程柴油机换气过程分析22-25
• 2.3 对置活塞二冲程直流扫气过程缸内气流的组织形式25-28
• 2.3.1 进气涡流25-27
• 2.3.2 滚流和斜轴涡流27-28
• 2.3.3 湍流28
• 2.4 换气过程的评价指标28-30
• 2.4.1 换气品质的评价指标28-29
• 2.4.2 气流运动的评价指标29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 对置活塞二冲程柴油机换气过程仿真模型的建立31-55
• 3.1 一维仿真模型的建立31-42
• 3.1.1 对置活塞二冲程柴油机模型的等效处理31-33
• 3.1.2 缸内工作过程理论模型的建立33-40
• 3.1.3 一维 GT 仿真模型的建立40-42
• 3.2 三维仿真模型的建立42-50
• 3.2.1 换气过程理论模型的建立42-47
• 3.2.2 CFD 仿真模型的建立47-50
• 3.3 模型的校核及验证50-53
• 3.3.1 活塞运动规律及压缩比的校核50
• 3.3.2 韦伯燃烧模型的校核50-52
• 3.3.3 换气模型的校核52-53
• 3.3.4 仿真模型与试验的误差分析53
• 3.4 本章小结53-55
• 第4章 对置活塞二冲程柴油机换气过程特性研究55-74
• 4.1 气口高度、宽度比对换气品质的影响规律研究55-60
• 4.2 扫气口倾角对换气过程的影响规律研究60-68
• 4.3 扫气口仰角对换气过程的影响规律研究68-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第5章 对置活塞二冲程柴油机换气过程试验研究74-86
• 5.1 扫气效率的测试方法74-82
• 5.1.1 示踪气体法原理74-76
• 5.1.2 试验装置76-80
• 5.1.3 换气品质参数的测定80-82
• 5.2 测试工况82
• 5.3 试验结果分析82-85
• 5.4 本章小结85-86
• 结论86-89
• 全文总结86-87
• 创新点87-88
• 工作展望88-89
• 参考文献89-94
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单94-95
• 致谢95

【参考文献】

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本文编号：606691