基于响应面法的柴油机分区燃烧系统多参数多目标优化研究

发布时间：2017-09-15 06:33

  本文关键词：基于响应面法的柴油机分区燃烧系统多参数多目标优化研究

  更多相关文章： 柴油机 分区燃烧系统 双ω燃烧室 双排喷孔 响应面 指示功率 比排放

【摘要】：为了在较低成本下,采用较为简单的技术,改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内空气利用率,加强燃烧室内的气流运动,从而优化缸内燃烧,满足排放标准。本文提出了带双ω燃烧室的分区燃烧系统,并基于ZS1100M型柴油机对该燃烧系统进行了初步性能试验及模拟计算。在此基础上利用响应面法对燃烧系统展开多参数、多目标的优化研究。全文研究工作主要包括:(1)设计并加工了带双ω型燃烧室活塞和具有双排喷孔的喷油嘴,开展不同几何形状双ω型燃烧室、不同喷孔分布下双排喷孔对分区燃烧系统油耗与排放性能影响的试验研究。在试验的基础上,利用AVL FIRE软件建立可靠的数值计算模型,完成双ω燃烧室匹配单排喷孔、双ω燃烧室匹配双排喷孔、原机燃烧室匹配单排喷孔下的缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程的对比研究。试验与模拟的结果都表明双ω燃烧室的几何形状对分区燃烧系统的油耗与排放性能有较大的影响。当喷油压力较小时,采用双排喷孔会在高负荷下会出现不同程度的燃烧恶化现象。(2)以燃烧指示功率(kW)、NO比排放(g/kW·h)、碳烟比排放(g/kW·h)为评价指标值考查分区燃烧系统的燃烧与排放性能。在原机喷油压力情况下,首先利用正交设计研究采用单排喷孔时,双ω燃烧室结构、喷油夹角、喷油始点、涡流比4个因子对指标值的影响,利用方差与极差分析筛选燃烧室结构、喷油夹角的优选方案。然后利用响应面法对喷油始点、涡流比进行二次响应面研究,优选出因子组合。研究发现喷油夹角在130°有较好燃烧与排放性能。涡流比在1.6附近燃烧指示功率最大。涡流比对碳烟排放的影响比喷油始点要明显得多。(3)提高喷油压力,首先在12°CA喷油持续期下,利用正交设计,研究双排喷孔匹配双ω燃烧室时,双ω燃烧室结构、喷油始点、喷孔结构、上排喷孔夹角、下排喷孔夹角5个因子对指标值的影响。利用响应面法首先计算出上、下排喷孔夹角的优选组合。然后再对喷油持续期、喷油始点与涡流比建立三因子二次响应面函数,并分别对不同涡流比、不同喷油持续期下的分区燃烧系统进行响应面对比研究、优选因子组合。然后仍在12°CA喷油持续期下,对采用双排喷孔的57型双ω燃烧室与原机燃烧室进行喷油始点、涡流比响应面对比研究、并优选因子组合。最后从多方面将全文共10组优选方案进行筛选分析,完成多目标值下ZS1100M型柴油机分区燃烧系统的多参数优化研究。
【关键词】：柴油机 分区燃烧系统 双ω燃烧室 双排喷孔 响应面 指示功率 比排放
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 选题背景及意义12
• 1.2 柴油机尾气排放与法规12-14
• 1.2.1 柴油机排放物12-13
• 1.2.2 非道路用柴油机排放法规13-14
• 1.3 柴油机净化措施与升级14-15
• 1.3.1 净化措施14-15
• 1.3.2 非道路用柴油机升级路线15
• 1.4 试验设计与分析15-17
• 1.4.1 试验设计15-16
• 1.4.2 响应面法16-17
• 1.4.3 响应面法的应用17
• 1.5 本文研究内容17-19
• 第二章 分区燃烧系统试验与数值研究19-38
• 2.1 分区燃烧系统的提出19-20
• 2.2 试验装置及试验方案20-24
• 2.2.1 试验装置介绍20-21
• 2.2.2 燃烧室结构设计21-22
• 2.2.3 喷嘴结构设计22-24
• 2.3 分区燃烧系统的试验研究24-27
• 2.3.1 单排喷孔匹配双 ω 燃烧室24-25
• 2.3.2 双排喷孔匹配原机燃烧室25-26
• 2.3.3 双排喷孔匹配双 ω 燃烧室26-27
• 2.4 计算模型与边界条件27-30
• 2.4.1 数学模型27-28
• 2.4.2 几何模型28-29
• 2.4.3 边界条件29
• 2.4.4 缸压与放热率验证29-30
• 2.5 分区燃烧系统的仿真研究30-36
• 2.5.1 喷雾燃烧耦合计算30-31
• 2.5.2 缸内速度场分析31-32
• 2.5.3 缸内当量比场分析32-33
• 2.5.4 缸内温度场分析33-34
• 2.5.5 燃烧系统性能与排放分析34-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第三章 单排喷孔下多参数优化研究38-62
• 3.1 指标值与因子的选取38-41
• 3.1.1 指标值的选取38-39
• 3.1.2 因子的选取39-41
• 3.2 正交试验设计及分析41-51
• 3.2.1 正交试验设计41-42
• 3.2.2 极差分析42-47
• 3.2.3 方差分析47-49
• 3.2.4 喷油夹角与燃烧室匹配49-51
• 3.3 响应面设计与分析51-61
• 3.3.1 响应面设计51-53
• 3.3.2 响应面函数验证53-55
• 3.3.3 响应面分析55-57
• 3.3.4 寻优分析57-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第四章 双排喷孔下的多参数优化研究62-89
• 4.1 正交设计分析62-68
• 4.1.1 因子选取与正交设计62-64
• 4.1.2 极差分析64-67
• 4.1.3 方差分析67-68
• 4.2 喷孔夹角的响应面设计分析68-72
• 4.2.1 喷孔夹角响应面设计68-70
• 4.2.2 响应面函数验证70-71
• 4.2.3 响应面分析71-72
• 4.3 喷油压力、喷油始点与涡流比的响应面设计分析72-79
• 4.3.1 响应面设计72-74
• 4.3.2 不同涡流比响应面研究74-75
• 4.3.3 不同喷油持续期响应面研究75-79
• 4.4 不同燃烧室结构响应面设计分析79-83
• 4.4.1 不同燃烧室结构响应面设计79-80
• 4.4.2 不同燃烧室结构响应面研究80-83
• 4.5 寻优分析83-88
• 4.5.1 方案优选83-85
• 4.5.2 优化方案分析85-88
• 4.6 本章小结88-89
• 第五章 总结与展望89-91
• 5.1 全文工作总结89-90
• 5.2 不足与展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 在学期间发表的学术论文及其科研成果96
• 参加的科研项目96

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本文编号：854881