对置活塞二冲程柴油机喷雾过程的试验研究与数值模拟

发布时间：2017-09-11 21:12

  本文关键词：对置活塞二冲程柴油机喷雾过程的试验研究与数值模拟

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【摘要】：对置活塞二冲程(Opposed-Piston Two-Stroke Engine,OP2S)柴油机由于其功率密度高、平衡性好、热效率潜力高等特点,在如今对柴油机高强化、轻量化的需求背景下正在获得越来越多国内外研究机构的重视。近年来针对OP2S柴油机增压扫气、换气过程和缸内工作过程的研究已取得令人瞩目的研究成果,但针对OP2S柴油机燃油喷雾组织过程的系统研究却尚未广泛开展。本文在此种背景下,以折叠曲柄式OP2S柴油机为研究对象,通过仿真与试验手段相结合的方法,开展OP2S柴油机双喷油器喷雾过程的研究,论文的主要研究工作如下:(1)本文对比分析了目前常用的几类喷雾可视化测试技术,根据试验要求选定纹影法进行喷雾可视化试验。根据OP2S柴油机燃油喷雾组织方式的特点,开发了一个可实现双喷油器喷雾碰撞的喷雾可视化试验台,分析了不同喷油器布置方案、喷射压力以及喷射背压对喷雾空间分布的影响规律研究,同时为之后的仿真研究提供喷雾模型校核;(2)基于OP2S柴油机的结构特点和工作原理,建立发动机缸内工作过程三维CFD仿真模型,根据喷雾可视化试验和整机性能试验结果校核仿真模型;(3)根据对发动机宏观喷雾特性和微观喷雾特性的讨论分析,提出根据喷雾的贯穿距离以及空间扩散率评价喷雾空间发展扩散能力,根据喷雾SMD、燃油蒸发率评价喷雾的蒸发雾化速率以及根据空气利用率、混合气当量比分布评价油气混合质量的研究方法,完善了OP2S柴油机喷雾过程的评价指标;(4)分别研究了喷油器布置方式、喷射压力和背压对OP2S柴油机缸内喷雾的发展、破碎、雾化、蒸发以及扩散过程的影响规律。根据研究结果和OP2S柴油机结构特点确定OP2S柴油机喷雾组织策略,并在此基础上探索不同的喷孔油束夹角对喷雾发展、雾化和与空气的混合过程的影响规律,最终确定一个最佳的喷油器油束夹角方向使发动机获得良好的雾化混合质量和燃烧品质;(5)根据OP2S柴油机利用非对称扫气腔的进气口倾角在缸内形成斜轴涡流组织气流运动的特点,以喷雾空间扩散、油气混合质量和速率以及燃烧品质为优化目标,研究不同口倾角对喷雾发展、雾化及与空气的混合过程的影响,最终得到最优的进气口倾角。本文基于以上研究对OP2S柴油机缸内喷雾过程进行探索,为折叠曲柄式OP2S柴油机燃油喷射系统的设计提供指导依据。
【关键词】：对置活塞 二冲程 喷雾过程 喷雾雾化 可视化
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 对置活塞二冲程柴油机研究现状11-13
• 1.2.1 发展历程11
• 1.2.2 国外研究现状11-12
• 1.2.3 国内研究现状12-13
• 1.3 双喷油器碰撞喷雾研究概述13-20
• 1.3.1 数值模拟方法13-14
• 1.3.2 可视化试验方法14-20
• 1.4 研究意义及内容20-22
• 第2章 喷雾可视化试验台的开发22-34
• 2.1 试验装置22-31
• 2.1.1 概述22-23
• 2.1.2 定容燃烧弹23-25
• 2.1.3 进排气系统25-26
• 2.1.4 高压共轨燃油喷射系统26-27
• 2.1.5 光学纹影高速摄影系统27-30
• 2.1.6 控制系统与图像采集系统30-31
• 2.2 试验误差分析31-33
• 2.2.1 物体成像误差31-32
• 2.2.2 光学系统误差32-33
• 2.2.3 测量误差33
• 2.2.4 随机误差33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 对置活塞二冲程柴油机的仿真建模34-57
• 3.1 对置活塞二冲程柴油机结构特点及工作原理概述34-37
• 3.1.1 对置活塞二冲程柴油机结构特点34-35
• 3.1.2 对置活塞二冲程柴油机缸内喷雾过程的特点分析35-37
• 3.2 数值模拟方程及模型37-49
• 3.2.1 基本控制方程37-39
• 3.2.2 湍流运动模型39-41
• 3.2.3 喷雾模型41-48
• 3.2.4 燃烧模型48-49
• 3.3 CFD仿真模型的建立49-56
• 3.3.1 定容燃烧弹的CFD仿真建模50-53
• 3.3.2 对置活塞二冲程柴油机的CFD仿真建模53-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 对置活塞二冲程柴油机喷雾特性研究57-95
• 4.1 喷雾特性分析57-61
• 4.1.1 喷雾宏观特性57-60
• 4.1.2 喷雾微观特性60-61
• 4.2 对置活塞二冲程柴油机喷雾特性影响规律分析61-82
• 4.2.1 喷油器布置方式的影响规律分析61-69
• 4.2.2 喷射压力的影响规律分析69-75
• 4.2.3 喷射背压的影响规律分析75-82
• 4.3 喷雾方向的优化匹配分析82-93
• 4.3.1 γ角的影响规律分析83-88
• 4.3.2 θ角的影响规律分析88-92
• 4.3.3 喷雾方向夹角的优化选取92-93
• 4.4 本章小结93-95
• 第5章 对置活塞二冲程柴油机喷雾混合及燃烧过程研究95-107
• 5.1 内燃机缸内流动形式及其评价指标95-97
• 5.2 对置活塞二冲程柴油机的缸内流动组织97-101
• 5.2.1 对置活塞二冲程柴油机缸内气流运动的组织方法97-99
• 5.2.2 缸内流动组织的影响规律研究99-101
• 5.3 缸内流动对混合气形成和燃烧过程的影响101-106
• 5.3.1 缸内流动对油气混合过程的影响102-104
• 5.3.2 缸内流动对燃烧过程的影响104-106
• 5.4 本章小结106-107
• 结论107-111
• 全文总结107-109
• 创新点109
• 工作展望109-111
• 参考文献111-117
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单117-118
• 致谢118-119

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本文编号：833084