对置活塞二冲程发动机缸内燃烧数值模拟及优化
发布时间：2022-01-16 22:39
活塞式发动机体积小、功率密度高、结构简单,非常适用于中小型无人机。对置活塞二冲程（OP2S）发动机作为活塞式发动机的一种,与四冲程发动机相比,功率密度更高,并且由于采用的对置活塞的结构形式,相对于普通二冲程发动机,没有气缸盖结构,使发动机的结构进一步简化缩小,十分适用于应用在无人机之上。本文主要研究优化了无人机用OP2S发动机的燃烧过程。发动机的缸内燃烧是一个十分复杂的过程,其受到喷油提前角、喷油压力、进气压力等多个参数的共同影响。基于北京理工大学提供的原型机试验数据,本文利用整机性能仿真软件GT-POWER和三维计算流体力学仿真软件AVL-FIRE搭建了相应的一维仿真模型和三维计算流体力学模型,利用一维仿真模型获得三维仿真模型的边界条件,并对仿真结果和实验数据进行了拟合。针对无人机用发动机的性能需求,对原型机部分参数进行了优化调整,从而使调整后的发动机参数更适用于无人机,并对喷孔参数、喷油锥角、喷油提前角等多个参数进行了仿真优化。本课题分别研究了OP2S发动机的喷孔参数、喷油锥角、喷油提前角（即喷油时刻）及喷油压力的变化对发动机气缸内燃油分布、温度场分布、缸内压力曲线及放热率曲线的影...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
项目逻辑框架图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文6图1-1项目逻辑框架图OP2S发动机的气缸结构对其换气效率、燃烧效率有着重要的影响，因而，建立准确可靠的模型对发动机气缸的数值分析是极为重要的。有了准确的模型，课题后面喷雾模型及燃烧过程分析所得到的结果才是准确可靠的。在建立了准确可靠的模型的基础上，再针对发动机的缸内燃烧过程进行参数分析和优化，本课题的OP2S发动机缸内燃烧数值模拟和优化的逻辑流程如图1-2所示。图1-2逻辑流程图本课题的主要研究内容包括：利用一维仿真探究OP2S发动机的性能规律，利用三维仿真分析不同的喷油提前角、喷油压力等对燃烧的影响及其效果等，并针对发动机的缸内压力、放热率等参数进行优化，如下所示：（1）OP2S发动机的一维模型和三维CFD模型的建立根据发动机的结构，利用GT-POWER软件建立OP2S发动机的一维仿真。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文8第2章原型机试验和数值模型的建立本章以北京理工大学OP2S发动机试验台架为原型机，基于该试验台架得出发动机的结构尺寸及实验数据，并据此建立发动机的整机性能仿真模型（即一维仿真模型）和三维CFD仿真模型。其中，一维仿真模型通过GT-POWER软件建立，三维CFD模型通过AVL-FIRE软件建立。将建立的两个模型和试验数据进行了拟合以确保仿真模型的准确性。根据发动机应用到无人机上的需求，对发动机的结构尺寸进行了优化调整，以使其更适于应用在无人机之上，并对调整后的一维模型和三维CFD模型的仿真结果进行了相互验证。图2-1是OP2S发动机结构示意图。由图可以看出，对置活塞二冲程发动机没有气缸盖，进气和排期通过气缸壁上的进排气口进行，喷油嘴也是在气缸壁开口伸入气缸内，发动机工作时活塞受力，通过上连杆、摇臂、下连杆推动曲柄做功。图2-1OP2S发动机结构示意图[29]2.1原型机台架试验OP2S发动机的试验系统由北京理工大学研制开发，其台架结构如图2-2所示，对应的结构参数如表2-1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]通用航空活塞发动机的发展现状研究[J]. 卢东亮,郑君,胡崇波,卞少春. 内燃机与配件. 2019(08)
[2]二冲程发动机发展前景探讨[J]. 胡晓峰. 内燃机与配件. 2019(02)
[3]对置活塞二冲程柴油机新鲜充量短路研究[J]. 刘宇航,张付军,高宏力,王苏飞. 兵工学报. 2018(06)
[4]多次喷油策略下喷油间隔对双对置发动机性能和排放的数值分析[J]. 张磊,苏铁熊,冯云鹏,马富康,张艳岗,王子. 测试技术学报. 2018(01)
[5]对置活塞二冲程柴油机双喷油器碰撞喷雾试验研究[J]. 刘宇航,赵振峰,张付军,谢钊毅,鲁怡,崔华盛. 兵工学报. 2017(10)
[6]双对置二冲程柴油机不同扫气口结构对燃烧过程的影响[J]. 郭勇,续彦芳. 内燃机. 2016(01)
[7]对置活塞二冲程缸内直喷汽油机混合气形成的数值研究[J]. 王豪,赵振峰,赵长禄,马富康. 车用发动机. 2015(04)
[8]全球无人机市场预测分析[J]. 张冬青,张翼麟,李丹丹. 战术导弹技术. 2015(02)
[9]对置活塞二冲程柴油机喷油角度对油气混合的影响[J]. 刘彩明,续彦芳,许俊峰,苗会,冯占闯. 科学技术与工程. 2015(02)
[10]OPOC柴油机喷油提前角对燃烧性能的影响[J]. 刘彩明,续彦芳,许俊峰,苗会,冯占闯. 内燃机. 2014(06)
博士论文
[1]对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究[D]. 章振宇.北京理工大学 2015
[2]新型二冲程柴油机性能研发关键技术研究[D]. 夏孝朗.湖南大学 2013
硕士论文
[1]对置活塞二冲程内燃机用于无人机的研究[D]. 张红兴.哈尔滨工业大学 2018
[2]双对置柴油机侧向组合喷雾燃烧过程的数值模拟研究[D]. 杨峰.湖南大学 2016
本文编号：3593555
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
项目逻辑框架图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文6图1-1项目逻辑框架图OP2S发动机的气缸结构对其换气效率、燃烧效率有着重要的影响，因而，建立准确可靠的模型对发动机气缸的数值分析是极为重要的。有了准确的模型，课题后面喷雾模型及燃烧过程分析所得到的结果才是准确可靠的。在建立了准确可靠的模型的基础上，再针对发动机的缸内燃烧过程进行参数分析和优化，本课题的OP2S发动机缸内燃烧数值模拟和优化的逻辑流程如图1-2所示。图1-2逻辑流程图本课题的主要研究内容包括：利用一维仿真探究OP2S发动机的性能规律，利用三维仿真分析不同的喷油提前角、喷油压力等对燃烧的影响及其效果等，并针对发动机的缸内压力、放热率等参数进行优化，如下所示：（1）OP2S发动机的一维模型和三维CFD模型的建立根据发动机的结构，利用GT-POWER软件建立OP2S发动机的一维仿真。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文8第2章原型机试验和数值模型的建立本章以北京理工大学OP2S发动机试验台架为原型机，基于该试验台架得出发动机的结构尺寸及实验数据，并据此建立发动机的整机性能仿真模型（即一维仿真模型）和三维CFD仿真模型。其中，一维仿真模型通过GT-POWER软件建立，三维CFD模型通过AVL-FIRE软件建立。将建立的两个模型和试验数据进行了拟合以确保仿真模型的准确性。根据发动机应用到无人机上的需求，对发动机的结构尺寸进行了优化调整，以使其更适于应用在无人机之上，并对调整后的一维模型和三维CFD模型的仿真结果进行了相互验证。图2-1是OP2S发动机结构示意图。由图可以看出，对置活塞二冲程发动机没有气缸盖，进气和排期通过气缸壁上的进排气口进行，喷油嘴也是在气缸壁开口伸入气缸内，发动机工作时活塞受力，通过上连杆、摇臂、下连杆推动曲柄做功。图2-1OP2S发动机结构示意图[29]2.1原型机台架试验OP2S发动机的试验系统由北京理工大学研制开发，其台架结构如图2-2所示，对应的结构参数如表2-1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]通用航空活塞发动机的发展现状研究[J]. 卢东亮,郑君,胡崇波,卞少春. 内燃机与配件. 2019(08)
[2]二冲程发动机发展前景探讨[J]. 胡晓峰. 内燃机与配件. 2019(02)
[3]对置活塞二冲程柴油机新鲜充量短路研究[J]. 刘宇航,张付军,高宏力,王苏飞. 兵工学报. 2018(06)
[4]多次喷油策略下喷油间隔对双对置发动机性能和排放的数值分析[J]. 张磊,苏铁熊,冯云鹏,马富康,张艳岗,王子. 测试技术学报. 2018(01)
[5]对置活塞二冲程柴油机双喷油器碰撞喷雾试验研究[J]. 刘宇航,赵振峰,张付军,谢钊毅,鲁怡,崔华盛. 兵工学报. 2017(10)
[6]双对置二冲程柴油机不同扫气口结构对燃烧过程的影响[J]. 郭勇,续彦芳. 内燃机. 2016(01)
[7]对置活塞二冲程缸内直喷汽油机混合气形成的数值研究[J]. 王豪,赵振峰,赵长禄,马富康. 车用发动机. 2015(04)
[8]全球无人机市场预测分析[J]. 张冬青,张翼麟,李丹丹. 战术导弹技术. 2015(02)
[9]对置活塞二冲程柴油机喷油角度对油气混合的影响[J]. 刘彩明,续彦芳,许俊峰,苗会,冯占闯. 科学技术与工程. 2015(02)
[10]OPOC柴油机喷油提前角对燃烧性能的影响[J]. 刘彩明,续彦芳,许俊峰,苗会,冯占闯. 内燃机. 2014(06)
博士论文
[1]对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究[D]. 章振宇.北京理工大学 2015
[2]新型二冲程柴油机性能研发关键技术研究[D]. 夏孝朗.湖南大学 2013
硕士论文
[1]对置活塞二冲程内燃机用于无人机的研究[D]. 张红兴.哈尔滨工业大学 2018
[2]双对置柴油机侧向组合喷雾燃烧过程的数值模拟研究[D]. 杨峰.湖南大学 2016
本文编号：3593555
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3593555.html
