柴油机喷雾撞壁分区燃烧系统优化研究

发布时间：2021-05-26 13:03

　　面对能源紧缺和环境污染的巨大压力,非道路用柴油机排放法规日益苛刻。为了满足更高的排放要求,迫切需要以较低的成本和较为简单的技术对非道路用柴油机进行优化升级。柴油机燃烧系统“油（燃油喷射系统）、气（气流运动）、室（燃烧室）”的合理匹配对燃烧过程具有重要影响。通过柴油机燃烧室的结构优化寻求合理的油气组织,提高空气利用率,改善喷雾在燃烧室内的空间分布和雾化效果,促进燃油和空气快速混合,从而提升油气混合的质量,实现柴油机的高效清洁燃烧。因此,非道路用柴油机燃烧系统在“油、气、室”合理优化和匹配方面存在很大的潜力,具有重要的实践价值。本文以四缸非道路用柴油机为研究对象,通过燃烧室的结构优化设计,提出了一种引导喷雾撞壁的燃烧系统。首先,探究了模型的网格尺寸、时间步长对缸内压力的影响规律,并对缸内压力、放热率及排放物的试验与仿真结果进行了验证;其次,以缸内气流运动、喷雾发展、混合气的形成及燃烧排放过程为研究重点,利用AVL-FIRE软件对柴油机工作过程进行了数值模拟。最后,基于正交设计法探究了不同评价指标下的最优燃烧系统参数组合方案。针对不同几何形状的喷雾撞壁燃烧室和原机在2200r/min、100... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 非道路用柴油机排放法规及升级优化路线
    1.3 柴油机燃烧系统国内外研究现状
        1.3.1 柴油机燃烧室形状的研究现状
        1.3.2 喷雾碰撞燃烧系统的研究现状
    1.4 本文的主要研究工作
第二章 柴油机燃烧过程数值模拟基础理论
    2.1 计算流体力学基本控制方程
        2.1.1 质量守恒方程
        2.1.2 动量守恒方程
        2.1.3 能量守恒方程
        2.1.4 组分守恒方程
    2.2 湍流数学模型
    2.3 喷雾模型
        2.3.1 喷雾模型基本控制方程
        2.3.2 破碎模型
        2.3.3 蒸发模型
        2.3.4 湍流扩散模型
        2.3.5 碰壁模型
        2.3.6 粒子相互作用模型
    2.4 燃烧模型
    2.5 排放模型
        2.5.1 NO排放模型
        2.5.2 碳烟排放模型
    2.6 本章小结
第三章 柴油机燃烧模型的建立与验证
    3.1 台架试验装置
    3.2 柴油机的主要参数
    3.3 燃烧模型的建立
        3.3.1 燃烧室几何模型的建立
        3.3.2 网格划分
        3.3.3 数值计算参数设定
        3.3.4 初始边界条件的设定
        3.3.5 计算模型选择
    3.4 模型验证
        3.4.1 模型网格尺寸的验证
        3.4.2 模型时间步长的验证
        3.4.3 模型缸压和放热率的验证
        3.4.4 排放模型的验证
    3.5 本章小结
第四章 燃烧及排放物生成的多维数值模拟
    4.1 喷雾撞壁分区燃烧系统的提出及设计
    4.2 不同几何形状燃烧室对速度场的影响
    4.3 不同几何形状燃烧室对浓度场的影响
    4.4 不同几何形状燃烧室对温度场的影响
    4.5 不同几何形状燃烧室对NO分布的影响
    4.6 不同几何形状燃烧室对Soot分布的影响
    4.7 不同几何形状燃烧室对燃烧排放的影响
    4.8 本章小结
第五章 基于正交设计的燃烧系统参数优化
    5.1 正交设计法
    5.2 正交方案设计
    5.3 结果分析
        5.3.1 评价指标为Soot的结果分析
        5.3.2 评价指标为NO的结果分析
        5.3.3 评价指标为F的结果分析
        5.3.4 评价指标为P_(max)的结果分析
    5.4 最佳匹配方案
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]绿色汽车制造技术研究[J]. 胡永强.  南方农机. 2020(06)
[2]2019年国内外油气市场回顾与展望[J]. 朱昌海,李文翎.  中国石油企业. 2020(Z1)
[3]汽车尾气排放与雾霾天气的相关性研究[J]. 张方娟,杨东红,许颖,段琪,姚会娟.  河南科技. 2020(05)
[4]2019年全国机动车和驾驶人统计分析[J].   道路交通管理. 2020(02)
[5]气道结构对进气过程影响的仿真研究[J]. 徐海成,刘楠,刘振明.  内燃机. 2019(06)
[6]船用低速柴油机喷孔方向对缸内燃烧影响的仿真研究[J]. 刘辰朋,桂勇,刘腾,文李明.  柴油机. 2019(01)
[7]中国汽车制造业的整体发展状况及主要省市的产业发展态势[J]. 吴敬静,贺正楚,王姣.  经济数学. 2018(03)
[8]燃烧室结构对柴油机燃烧过程影响及边界适应性的模拟研究[J]. 沈颖刚,杨杰,马涛,陈贵升,彭劲松.  小型内燃机与车辆技术. 2016(02)
[9]国内外非道路柴油机排放现状分析[J]. 陈雪,李晨贞,钱挺,王红凌.  小型内燃机与车辆技术. 2016(01)
[10]柴油机计算压缩比补偿容积处理方法研究[J]. 罗马吉,李辉,赵钦忠,鞠洪玲.  武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2014(02)

硕士论文
[1]不同喷油策略的部分预混柴油机燃烧过程优化[D]. 岳姗.江苏大学 2017
[2]柴油机斗笠状喷雾燃烧系统燃烧过程的试验研究[D]. 张华.上海交通大学 2007



本文编号：3206421