基于大涡模拟方法的二冲程发动机循环变动特性研究

发布时间：2017-09-03 11:41

  本文关键词：基于大涡模拟方法的二冲程发动机循环变动特性研究

  更多相关文章： 二冲程 大涡模拟 循环变动 STAR-CD

【摘要】：循环变动是发动机工作燃烧的重要特征之一,对发动机的动力性、经济性和排放性有极为不利的影响,因此理解并控制循环变动是提高发动机整体效率的必经之路。大涡模拟方法由于其本身的特性显示了其在发动机多循环模拟方面的优势,为循环变动研究提供了新的途径。本文基于大涡模拟的方法,在STAR-CD软件中对英国Leeds大学的一台二冲程发动机的实际工作循环进行了三维数值模拟。三维模拟的缸内最高爆发压力与实验吻合,其对应的曲轴转角略早于实验结果,点火时刻火花塞间隙处截面的流场信息与实验PIV测量结果相差不大,且小涡团能量占比低于10%,从而验证了三维模型的准确性,为循环变动研究奠定了基础。发动机缸内的流场速度、压力、温度、火焰面位置等均出现了较明显的循环变动。进排气道完全关闭后缸内流场速度的循环变动强度要明显低于进排气道完全关闭之前,且随着活塞上行,缸内流场的总体循环变动强度减弱。同一时刻,横向截面的速度循环变动强度在气缸顶部达到最大,其循环变动系数随截面到气缸顶部的轴向距离逐渐减小,而纵向截面的速度循环变动强度随活塞上行不断减小。缸内横向截面的涡流尺度随随截面到气缸顶部的轴向距离先减小后增大,且在气缸中部左右的位置达到最小值。火花塞间隙横向截面的涡流尺度在进排气道完全关闭之后到40°CA BTDC的时间段里基本维持不变,而在此之后逐渐减小。纵向截面的滚流尺度均随活塞上行而逐渐减小。早期火焰核心对中前期对的燃烧反应有更为直接的影响,而与中后期的燃烧反应关系不大,点火时刻火花塞间隙处的燃料质量分数、温度及压力不是影响早期火核的主要因素,而高的流场湍动能有利于早期火焰核心的形成。
【关键词】：二冲程 大涡模拟 循环变动 STAR-CD
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 符号与缩写10-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 课题的背景及意义11-12
• 1.2 内燃机循环变动研究的发展历程及现状12-15
• 1.2.1 循环变动表征参数12-13
• 1.2.2 循环变动影响因素及规律13-14
• 1.2.3 数值模拟在内燃机循环变动研究中的应用14-15
• 1.3 大涡模拟的发展历程及研究现状15-21
• 1.3.1 湍流模拟方法的分类15-17
• 1.3.2 大涡模拟在内燃机研究中的应用17-21
• 1.4 Leeds大学基于LUPOE2发动机对循环变动的研究21-24
• 1.5 本文的主要研究内容24-27
• 第二章 数学模型基础及循环变动评估方法27-39
• 2.1 大涡模拟27-30
• 2.1.1 过滤方法27
• 2.1.2 控制方程27-29
• 2.1.3 亚网格应力模型29-30
• 2.2 EFCM-3Z燃烧模型30-36
• 2.2.1 各区组分方程31-34
• 2.2.2 火焰传播方程34-35
• 2.2.3 化学反应机理35-36
• 2.3 点火模型36-37
• 2.4 循环变动评估方法37-38
• 2.5 本章总结38-39
• 第三章 GT-Power一维数值模拟39-47
• 3.1 GT-Power软件简介39
• 3.2 一维模拟模型及参数汇总39-42
• 3.2.1 一维模拟模型39-40
• 3.2.2 一维模拟参数汇总40-42
• 3.3 一维模型验证42-43
• 3.4 一维模拟结果43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 STAR-CD三维数值模拟47-65
• 4.1 STAR-CD软件简介47-48
• 4.1.1 基本情况介绍47
• 4.1.2 es-ice模块47-48
• 4.1.3 pro-STAR模块48
• 4.2 三维物理模型48-50
• 4.3 STAR-CD三维模拟流程及参数汇总50-56
• 4.3.1 STAR-CD三维模拟流程50-52
• 4.3.2 三维模拟参数汇总52-56
• 4.4 三维模型验证56-64
• 4.4.1 流场初始化网格验证56-57
• 4.4.2 压力曲线对比分析57-58
• 4.4.3 流场截面对比分析58-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 基于三维模拟结果的循环变动分析65-125
• 5.1 速度循环变动65-93
• 5.1.1 缸内流场速度总体循环变动65-66
• 5.1.2 横向截面速度循环变动66-79
• 5.1.3 纵向截面速度循环变动79-92
• 5.1.4 火花塞间隙速度循环变动92-93
• 5.2 湍流积分尺度93-103
• 5.2.1 横向截面积分尺度93-99
• 5.2.2 纵向截面积分尺度99-103
• 5.3 流场动能循环变动分析103-109
• 5.3.1 小涡团能量占比103-105
• 5.3.2 湍动能循环变动105-109
• 5.4 燃烧循环变动109-123
• 5.4.1 各表征参数循环变动109-112
• 5.4.2 火焰发展循环变动112-119
• 5.4.3 早期火核影响因素119-123
• 5.5 本章小结123-125
• 第六章 全文总结及工作展望125-127
• 6.1 全文总结125-126
• 6.2 工作展望126-127
• 参考文献127-132
• 致谢132-133
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文133-135

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本文编号：784823