无人机用煤油点燃式发动机爆震的数值模拟研究
发布时间：2022-12-11 15:44
在航空发动机领域,由于点燃式活塞式发动机具有功率密度高、成本低、结构简单等优点在中小型无人机上广受青睐,尤其成为了中高速长航时无人机的主要动力装置。随着我国通用航空法规和标准体系的完善,活塞式无人机用发动机也将在我国通用航空市场得到大力发展,具有巨大市场潜力。目前,航空发动机主要以汽油为燃料。相对于汽油,煤油具有安全性高、低温流动性好等优点。煤油的理化性质使其更适合应用在航空领域。但是,相对于汽油,煤油辛烷值低,在相同工况下更容易发生爆震。爆震燃烧是活塞式发动机破坏的重要形式,需要避免。本文以航空领域常用的航空发动机ROTAX914为原型机,对原型机进行了台架试验,并利用AVL FIRE模拟软件建立模拟模型,并且验证模拟模型的准确性。为研究ROTAX914发动机以煤油为燃料时发动机的爆震燃烧特性做准备。接下来研究了以煤油为燃料时ROTAX914发动机的爆震燃烧特性,利用三维计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）数值模拟研究了发动机在不同运行条件下爆震燃烧过程,并具体分析了发动机点火时刻,混合气浓度以及废气再循环技术（Exhaust Gas Re...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究背景
1.1.3 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 发动机爆震燃烧数值模拟研究现状
1.2.2 发动机爆震强度评价的发展与研究现状
1.3 课题主要研究内容
第2章 发动机缸内燃烧三维CFD仿真模型的建立
2.1 原型机台架试验
2.2 仿真软件以及数值计算流程介绍
2.2.1 仿真软件介绍
2.2.2 数值计算流程介绍
2.3 燃烧仿真模型
2.3.1 湍流模型
2.3.2 燃烧模型
2.3.3 爆震模型
2.4 发动机燃烧室几何模型的建立及网格划分
2.4.1 几何模型
2.4.2 网格划分
2.5 初始条件及边界条件
2.5.1 确定发动机工作边界条件
2.5.2 确定发动机初始条件
2.6 仿真模型的实验验证
2.7 本章小结
第3章 缸内燃烧的爆震现象及分析
3.1 发动机额定工况下爆震燃烧模拟
3.2 点火时刻对爆震燃烧的影响
3.3 混合气浓度对爆震燃烧的影响
3.4 EGR率对爆震燃烧的影响
3.5 EGR技术和点火时刻共同作用下对爆震燃烧的影响
3.6 本章小结
第4章 基于结构优化的降低发动机爆震倾向的分析
4.1 修改火花塞位置后额定工况下爆震燃烧模拟
4.1.1 模型有效性验证
4.1.2 额定工况爆震燃烧特性分析
4.2 单火花塞配置的缸内燃烧爆震特性的分析
4.2.1 点火时刻的优化
4.2.2 EGR率的优化
4.2.3 点火时刻和EGR率的共同优化
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]提高四冲程点燃式重油航空发动机抗爆性措施[J]. 陈方超,杨海青,刘锐,丁昌露,杨琦. 航空动力学报. 2018(03)
[2]活塞式航空煤油直喷发动机的燃烧特性[J]. 胡春明,王书典,毕延飞,仲伟军. 航空动力学报. 2017(05)
[3]煤油两相连续旋转爆震燃烧室工作特性试验研究[J]. 王迪,周进,林志勇. 推进技术. 2017(02)
[4]分开喷注方式下旋转爆震发动机三维数值模拟[J]. 马虎,武晓松,Jan Kindracki,杨成龙,邓利. 燃烧科学与技术. 2016(01)
[5]火花点火发动机爆震燃烧过程数值模拟[J]. 王志,帅石金,王建昕. 工程热物理学报. 2013(04)
[6]OPOC发动机研究综述[J]. 赵晓辉,张翼,许俊峰. 内燃机与配件. 2012(11)
[7]双对置二冲程柴油机扫气过程仿真研究[J]. 陈文婷,诸葛伟林,张扬军,于红胜. 航空动力学报. 2010(06)
[8]氢燃料发动机三维数值模拟研究[J]. 汤琪,肖进,黄震. 车用发动机. 2008(02)
[9]内燃机燃烧模型的发展现状[J]. 史春涛,秦德,唐琦,田晓松. 农业机械学报. 2007(04)
[10]基于多维模型的天然气发动机敲缸趋势数值研究[J]. 刘金武,龚金科,唐大学,高为国,钟志华. 内燃机工程. 2006(03)
博士论文
[1]二冲程煤油发动机爆震燃烧数值模拟与试验研究[D]. 盛敬.南京航空航天大学 2014
[2]小型高速汽油机双火花塞速燃多工况VVT系统研究[D]. 黄琪.重庆大学 2009
硕士论文
[1]基于ControlBase的小型煤油活塞发动机控制策略研究[D]. 魏特特.南京航空航天大学 2016
[2]小型航空点燃式重油活塞发动机点火及火焰传播特性的模拟研究[D]. 莫胜钧.北京交通大学 2012
[3]双火花塞LPG发动机燃烧过程的仿真研究[D]. 周冬青.吉林大学 2012
[4]CA4102天然气发动机燃烧过程的仿真研究[D]. 李昕.吉林大学 2007
本文编号：3719055
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究背景
1.1.3 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 发动机爆震燃烧数值模拟研究现状
1.2.2 发动机爆震强度评价的发展与研究现状
1.3 课题主要研究内容
第2章 发动机缸内燃烧三维CFD仿真模型的建立
2.1 原型机台架试验
2.2 仿真软件以及数值计算流程介绍
2.2.1 仿真软件介绍
2.2.2 数值计算流程介绍
2.3 燃烧仿真模型
2.3.1 湍流模型
2.3.2 燃烧模型
2.3.3 爆震模型
2.4 发动机燃烧室几何模型的建立及网格划分
2.4.1 几何模型
2.4.2 网格划分
2.5 初始条件及边界条件
2.5.1 确定发动机工作边界条件
2.5.2 确定发动机初始条件
2.6 仿真模型的实验验证
2.7 本章小结
第3章 缸内燃烧的爆震现象及分析
3.1 发动机额定工况下爆震燃烧模拟
3.2 点火时刻对爆震燃烧的影响
3.3 混合气浓度对爆震燃烧的影响
3.4 EGR率对爆震燃烧的影响
3.5 EGR技术和点火时刻共同作用下对爆震燃烧的影响
3.6 本章小结
第4章 基于结构优化的降低发动机爆震倾向的分析
4.1 修改火花塞位置后额定工况下爆震燃烧模拟
4.1.1 模型有效性验证
4.1.2 额定工况爆震燃烧特性分析
4.2 单火花塞配置的缸内燃烧爆震特性的分析
4.2.1 点火时刻的优化
4.2.2 EGR率的优化
4.2.3 点火时刻和EGR率的共同优化
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]提高四冲程点燃式重油航空发动机抗爆性措施[J]. 陈方超,杨海青,刘锐,丁昌露,杨琦. 航空动力学报. 2018(03)
[2]活塞式航空煤油直喷发动机的燃烧特性[J]. 胡春明,王书典,毕延飞,仲伟军. 航空动力学报. 2017(05)
[3]煤油两相连续旋转爆震燃烧室工作特性试验研究[J]. 王迪,周进,林志勇. 推进技术. 2017(02)
[4]分开喷注方式下旋转爆震发动机三维数值模拟[J]. 马虎,武晓松,Jan Kindracki,杨成龙,邓利. 燃烧科学与技术. 2016(01)
[5]火花点火发动机爆震燃烧过程数值模拟[J]. 王志,帅石金,王建昕. 工程热物理学报. 2013(04)
[6]OPOC发动机研究综述[J]. 赵晓辉,张翼,许俊峰. 内燃机与配件. 2012(11)
[7]双对置二冲程柴油机扫气过程仿真研究[J]. 陈文婷,诸葛伟林,张扬军,于红胜. 航空动力学报. 2010(06)
[8]氢燃料发动机三维数值模拟研究[J]. 汤琪,肖进,黄震. 车用发动机. 2008(02)
[9]内燃机燃烧模型的发展现状[J]. 史春涛,秦德,唐琦,田晓松. 农业机械学报. 2007(04)
[10]基于多维模型的天然气发动机敲缸趋势数值研究[J]. 刘金武,龚金科,唐大学,高为国,钟志华. 内燃机工程. 2006(03)
博士论文
[1]二冲程煤油发动机爆震燃烧数值模拟与试验研究[D]. 盛敬.南京航空航天大学 2014
[2]小型高速汽油机双火花塞速燃多工况VVT系统研究[D]. 黄琪.重庆大学 2009
硕士论文
[1]基于ControlBase的小型煤油活塞发动机控制策略研究[D]. 魏特特.南京航空航天大学 2016
[2]小型航空点燃式重油活塞发动机点火及火焰传播特性的模拟研究[D]. 莫胜钧.北京交通大学 2012
[3]双火花塞LPG发动机燃烧过程的仿真研究[D]. 周冬青.吉林大学 2012
[4]CA4102天然气发动机燃烧过程的仿真研究[D]. 李昕.吉林大学 2007
本文编号：3719055
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3719055.html
