柴油机喷油嘴流固热耦合模拟研究

发布时间：2017-10-01 10:08

  本文关键词：柴油机喷油嘴流固热耦合模拟研究

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【摘要】：本文基于柴油机喷嘴内流动和沉积物形成情况的已有研究成果,重点对喷油结束后喷孔内的燃气倒流特性及喷嘴的温度分布开展研究,以分析喷嘴内沉积物的成因。随着柴油喷油间隔期的缩短以及多次喷射技术的逐渐普及,这一研究工程意义重大,有必要深入开展研究。目前,通过实验方法很难获取喷嘴内外的实际工作循环热力学参数,所以本文采用CFD手段对全循环工作过程柴油机喷孔内流及温度分布进行研究。对某款柴油发动机进行了BOOST一维性能模型的构建,根据额定性能指标矫正模型之后,仿真得到了CFD数值模拟所需的进排气端口压力和温度瞬态边界条件及其他相关参数,为喷嘴流固耦合数值模拟分析工作的开展打下了基础。采用多款软件联合开展了柴油机几何文件的构建及格式转换工作,详细论述了模型构建过程及导入CFD之前的文件转换过程,论述了文件转换过程的优势和必要性。本文提出通过将曲面建模、模型文件格式转换、导入CFD几何文件修补等环节分软件分步处理的方式,可大幅提升复杂模型开展CFD计算的前期工作效率。针对CFD软件设定不同区域边界及初始计算条件,设定了湍流、喷雾、点火和燃烧模型参数并制定了计算结果输出规则。开展基于柴油机工作循环缸内流场的喷嘴沉积物成因分析。在额定功率转速工况开展整个工作循环缸内流场的数值模拟研究,分析缸内流场及热力学参数的循环变动特点,着重分析喷嘴周围瞬变高温高压的燃气流场流动对喷孔及压力室内区域的冲击和热力学影响,进而开展了由于喷孔射流后燃气倒流冲击产生的高温沉积物成因分析。基于CFD软件的super-cycle流固耦合计算技术,开展喷嘴缸内尖端部分的流固耦合模拟研究。利用内燃机周期性工作特点,对喷嘴耦合系统周期性瞬态传热展开计算,进而得出转矩为最大值时内燃机整个工作循环内不同时刻的耦合温度分布。分析缸内燃气在整个工作循环中对喷嘴的加热作用,同时根据喷嘴固体内部在工作循环中的温度分布规律,分析导致喷嘴内外沉积物形成的原因。
【关键词】：柴油机 喷嘴 沉积物 结焦 流固耦合 数值模拟
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 选题背景及课题来源9-10
• 1.2 柴油机喷油嘴流固热耦合模拟的研究现状10-17
• 1.2.1 柴油机喷嘴孔内流研究现状10-12
• 1.2.2 柴油机喷嘴沉积物研究现状12-13
• 1.2.3 柴油机喷嘴数值模拟研究概况13-14
• 1.2.4 发动机流固耦合研究概况14-17
• 1.3 本文研究内容17-19
• 第2章 柴油机性能模拟及CFD边界条件的确定19-29
• 2.1 内燃机性能仿真理论基础19-22
• 2.1.1 缸内工作过程基本方程19
• 2.1.2 燃烧模型19-20
• 2.1.3 气缸及气道传热模型20-21
• 2.1.4 管内气体动力学模型21-22
• 2.2 性能仿真模型建立及参数设置22-27
• 2.2.1 柴油机仿真模型23-24
• 2.2.2 主要参数设置24-27
• 2.3 缸内数值模拟边界条件和初始条件提取27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 缸内数值模型构建及计算前期处理29-48
• 3.1 CONVERGE的计算文件结构29-32
• 3.2 几何文件模型的建立32-34
• 3.3 区域边界划分与流固域分配34-39
• 3.3.1 区域边界划分34-36
• 3.3.2 流体与固体区域的Boundary分配36-38
• 3.3.3 Boundary法线方向的设置38-39
• 3.4 压缩比校核及调整39-40
• 3.5 网格划分40-43
• 3.5.1 网格切割原理40-41
• 3.5.2 网格控制技术41-42
• 3.5.3 网格参数设定与局部细化策略42-43
• 3.6 数值模拟参数设定43-45
• 3.7 数据监测点布局及输出设置45-46
• 3.8 本章小结46-48
• 第4章 基于缸内循环的喷孔气体倒流模拟分析48-61
• 4.1 数值模拟基本控制方程49-50
• 4.1.1 质量守恒方程49
• 4.1.2 动量守恒方程49-50
• 4.1.3 能量守恒方程50
• 4.1.4 组分方程50
• 4.1.5 理想气体状态方程50
• 4.2 三维湍流模型50-52
• 4.2.1 湍流数值模拟方法51
• 4.2.2 控制方程的离散51-52
• 4.2.3 基于FVM的求解方法52
• 4.3 并行计算设置及载荷平衡机制52-53
• 4.4 速度与精度制衡的数值模拟策略制定53-54
• 4.5 缸内数值模拟流场分析54-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 基于缸内循环热力环境的喷嘴流固耦合传热分析61-70
• 5.1 喷嘴流固耦合传热分析的必要性61-62
• 5.2 喷嘴流固耦合的热边界条件62-64
• 5.3 基于Super-Cycling的流固耦合求解原理64-65
• 5.4 基于Super-Cycling的流固耦合求解设置65
• 5.5 基于Super-Cycling的喷嘴流固耦合分析65-69
• 5.6 本章小结69-70
• 第6章 全文总结与研究展望70-73
• 6.1 全文总结70-71
• 6.2 研究展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间的研究成果78

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本文编号：952833