进气道结构对直喷汽油机混合气形成影响的数值模拟研究

发布时间：2017-09-30 19:26

  本文关键词：进气道结构对直喷汽油机混合气形成影响的数值模拟研究

  更多相关文章： GDI 进气道结构 气道稳流模拟 滚流比 混合气

【摘要】：缸内直喷汽油机(GDI)相较于传统进气道喷射汽油机在燃油经济性上具有明显的优势,结合涡轮增压、可变气门正时、废气再循环等先进发动机技术,GDI技术的应用空间更广阔,被认为是未来汽油机发展的主要方向。本文采用AVL-FIRE软件对不同结构的进气道进行进气道稳态试验的CFD模拟,以及对带有不同结构进气道的直喷汽油机进行发动机瞬态工作过程的模拟,研究了进气道结构对GDI发动机缸内混合气形成过程的影响,为GDI发动机进气道的优化设计提供参考。首先本文依据某GDI发动机三维计算模型完成了数值模拟结果的网格无关性验证,确定本文后续计算网格的尺寸为0.25mm-2mm。对定容弹喷雾试验和GDI发动机高速WOT工况下发动机工作过程进行了数值模拟,通过对比数值模拟结果与试验数据验证了喷雾模型、燃烧模型等计算模型的准确性。接着本文通过改变进气道进口面面积和进气道喉口面面积设计了四种不同结构的进气道并进行了进气道稳态试验的三维CFD数值模拟。为了验证数值模拟的可靠性,笔者对其中的Case1进行了进气道稳态试验,并将模拟所得进气道流量系数与试验所得流量系数进行对比,最大相对误差为4.70%,仿真结果与试验结果能较好吻合。通过对比分析进气道稳流试验的CFD模拟结果,发现增大进气道喉口面面积和增大进气道进口面面积能够提高进气道流量系数,减小进气道喉口面面积和减小进气道的进口面积能提高进气道的滚流比。然后建立了带四种不同结构进气道的GDI发动机模型,并对高速WOT工况的发动机工作过程进行了瞬态三维CFD数值模拟分析。发现四种进气道在增压条件下进气量基本一致,可以认为对于增压直喷汽油机来说,进气道的流量系数对于进气量的影响较小。减小喉口面面积能够增大缸内的滚流比,减小进气道的进口面面积也能提高进气道的滚流比,但在增压直喷汽油机高速WOT工况下,这种提高并不明显。缸内滚流比越大,缸内流动的湍动能强度越大,越有利于形成均匀的混合气,但对应GDI发动机的燃烧性能和排放性能并非最佳。因为滚流比和湍动能的大小更多的是直接影响到混合气的均匀度,而燃烧和排放性能与点火时刻缸内混合气浓度的分布联系紧密。
【关键词】：GDI 进气道结构 气道稳流模拟 滚流比 混合气
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK411
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 缩略词8-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 GDI发动机的发展历程10-13
• 1.3 课题国内外研究状况13-15
• 1.3.1 进气道CFD模拟国外研究现状13-14
• 1.3.2 进气道CFD模拟国内研究现状14-15
• 1.4 本文研究内容15-17
• 2 数值模拟基础17-29
• 2.1 流体动力学基本控制方程组17-18
• 2.2 湍流流动模型18-20
• 2.3 喷雾模型20-23
• 2.4 湍流燃烧模型23-24
• 2.5 排放模型24-25
• 2.6 数值计算方法25-27
• 2.7 本章小结27-29
• 3 计算模型的建立及可靠性验证29-37
• 3.1 网格无关性验证29-33
• 3.1.1 网格的建立30
• 3.1.2 初始条件和边界条件30-32
• 3.1.3 网格无关性验证32-33
• 3.2 喷雾模型的验证33-34
• 3.3 燃烧模型验证34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 4 不同结构的进气道稳流试验的CFD模拟分析37-49
• 4.1 不同结构的进气道稳流试验CFD模拟分析37-47
• 4.1.1 不同结构的进气道设计37-38
• 4.1.2 Case1进气道稳流试验38-39
• 4.1.3 Case1进气道稳态试验的CFD模拟39-41
• 4.1.4 不同结构的进气道稳流试验CFD模拟分析41-47
• 4.2 本章小结47-49
• 5 不同进气道结构对混合气形成影响的瞬态模拟分析49-65
• 5.1 进气道结构对混合气形成的影响49-57
• 5.1.1 进气量和滚流比的对比分析49-51
• 5.1.2 进气道及缸内流场分析51-53
• 5.1.3 混合气形成过程分析53-57
• 5.2 进气道结构对燃烧及排放的影响57-62
• 5.2.1 燃烧性能的对比分析57-59
• 5.2.2 排放性能的对比分析59-62
• 5.3 本章小结62-65
• 6 全文总结和展望65-67
• 6.1 本文主要工作内容与研究结论65-66
• 6.2 本文研究的不足及工作展望66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-75
• 附录75
• A. 作者在攻读学位期间已完成的学术论文情况75
• B. 作者在攻读学位期间参与的项目目录75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卢勇;裴普成;晁鹏翔;;新型缸内直喷发动机滚流燃烧室设计与研究[J];西安交通大学学报;2012年11期

2 张超;许涛;姚炜;;某型汽油机进气道流动数值分析[J];汽车工程师;2012年07期

3 刘伟;张力;;4气门汽油机进气道及缸内气流运动的三维数值模拟研究[J];汽车工程学报;2012年03期

4 范钱旺;陈以川;胡宗杰;吴志军;李理光;;不同气道倾角的直喷式汽油机进气道气流特性的试验研究[J];内燃机工程;2011年06期

5 夏天雷;;复合燃烧技术在缸内直喷汽油机的应用探讨[J];科技创新导报;2011年32期

6 张小矛;高卫民;辛军;钱承炬;平银生;陈明;倪计民;张万平;;进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响[J];内燃机学报;2011年04期

7 夏兴兰;陈大陆;王胜利;;内燃机气道性能的评价方法[J];现代车用动力;2007年02期

8 周玉明;胡健丽;刘家全;;缸内汽油直喷稀薄燃烧技术[J];内燃机;2006年04期

9 刘书亮,赵新顺,裴普成,许洪军;一种组合式滚流进气道结构[J];燃烧科学与技术;2004年06期

10 王健,刘德新,刘书亮,许振忠,胡华;四气门汽油机进气道流动特性的稳流试验研究[J];内燃机学报;2004年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 白云龙;直喷汽油机分层当量比混合气及废气稀释燃烧模式的研究[D];清华大学;2011年

，

本文编号：949982