某柴油机多次喷射策略的数值模拟及优化
发布时间：2022-12-06 22:24
内燃机的出现极大的丰富了人们的出行生活,被广泛的应用到生活的各个方面,它给人们带来便利的同时也产生了很多的环境问题。尤其是当代石油、天然气等能源被不断的消耗,人们越来越关注能源节约和环境保护的问题。研究发现柴油机的电控高压共轨系统对柴油机喷油参数的控制非常的灵活,它可以使柴油机在一个工作循环中实现预喷的两次喷油或者更多次的喷油。这种多次喷油策略可以更好的组织缸内的气流运动进而改善柴油机的燃烧过程,提高柴油机的性能,尤其是控制氮氧化物和碳烟排放方面。因此通过数值模拟的方法对多次喷射策略进行研究具有很大的现实意义。本文以某高压共轨直喷式柴油机为研究对象,通过计算流体力学（CFD）软件FLUENT对柴油机的单次喷射进行了数值模拟。研究了预喷-主喷的多次喷射策略对缸内燃烧及排放的影响,最后选用优化方法探究了匹配较好的多次喷射策略组合。具体研究内容如下:1.根据柴油机的结构参数运用Design Modeler建模软件建立简化燃烧室模型,再运用Meshing软件对燃烧室模型进行了网格的划分,生成计算所需的动网格模型,对柴油机模型进行燃烧模拟,将得出的缸压曲线与实际缸压曲线进行对比分析,验证所用模型...
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 多次喷射技术介绍及其研究现状
1.2.1 多次喷射技术
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内研究现状
1.3 本文主要研究内容
2 柴油机燃烧过程中数值模拟理论基础
2.1 基本控制方程
2.1.1 质量守恒方程
2.1.2 能量守恒方程
2.1.3 动量守恒方程
2.1.4 组分守恒方程
2.2 湍流模型
2.3 喷雾模型
2.4 燃烧模型
2.4.1 有限速率模型
2.4.2 涡团耗散模型
2.4.3 混合模型
2.5 排放物模型
2.5.1 NOx生成模型
2.5.2 碳烟生成模型
2.6 流场数值计算常用方法
2.7 网格介绍
2.8 本章小结
3 柴油机缸内燃烧的数值模拟
3.1 燃烧室模型的建立
3.2 网格划分
3.3 初始条件与边界条件设置
3.3.1 初始条件及边界条件的设置
3.3.2 循环喷油量的确定
3.4 模型验证
3.5 本章小结
4 单次喷射结果分析及多次喷射数值模拟研究
4.1 单次喷射燃烧分析
4.1.1 缸内宏观量分析
4.1.2 缸内微观量分析
4.2 多次喷射模拟分析
4.2.1 预喷射方案的制定
4.2.2 不同预喷油量的模拟结果分析
4.2.3 不同预喷射和主喷射间隔的模拟分析
4.3 本章小结
5 柴油机预喷油策略优化
5.1 多目标优化方法介绍
5.1.1 常用的多目标进化算法
5.1.2 数据挖掘方法介绍
5.1.3 K-mean聚类分析算法
5.2 多目标优化过程
5.2.1 设计变量范围和目标函数要求
5.2.2 拉丁超立方取样
5.2.3 建立Kriging代理模型
5.2.4 基于NSGA-II优化算法的寻优
5.3 数据挖掘
5.3.1 总变差分析
5.3.2 自组织映射(SOM)分析
5.4 优化结果展示
5.5 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]预喷射对柴油机不同燃烧室性能影响的试验研究[J]. 周立迎,李石彪,葛明生,沈黎明,罗福强. 中国农机化学报. 2016(03)
[2]基于DOE的柴油机喷油系统参数优化研究[J]. 胡磊,石君明,孙跃东,周萍,张振东. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]预喷对柴油机低温燃烧影响的试验研究[J]. 张全长,张朋辉,郑尊清,徐佳. 内燃机工程. 2014(02)
[4]分段喷射对柴油机噪声与排放影响的试验和模拟分析[J]. 石秀勇,乔信起,倪计民,郑媛媛. 上海交通大学学报. 2010(11)
[5]多次喷射参数对直喷式柴油机排放性能影响研究[J]. 徐洪军,邵利民,常汉宝. 小型内燃机与摩托车. 2009(04)
[6]车用柴油机排放控制现状与技术进展[J]. 杜愎刚,朱会田,许力. 内燃机工程. 2004(03)
博士论文
[1]2.0TCI高速直喷柴油机混合气形成及燃烧过程控制[D]. 袁方恩.吉林大学 2013
硕士论文
[1]某柴油机燃烧室结构与喷油参数的多目标优化及分析[D]. 陈永燕.重庆理工大学 2017
[2]高压喷射对轻型柴油机喷雾、燃烧及排放的影响[D]. 侯玉晶.吉林大学 2016
[3]某柴油发动机缸内流场和燃烧的数值模拟分析[D]. 段孟华.重庆理工大学 2016
[4]燃油喷射参数对共轨柴油机排放性能的影响规律研究[D]. 闫鹏斌.辽宁工业大学 2016
[5]柴油机燃烧室及喷油系统多参数优化匹配研究[D]. 徐丹.北京理工大学 2015
[6]柴油机缸内燃烧数值模拟研究[D]. 潘翠丽.中北大学 2015
[7]柴油机燃油分段喷射对缸内燃烧的影响及匹配研究[D]. 孙建国.北京理工大学 2015
[8]基于遗传算法的柴油机工作过程模拟及性能优化[D]. 纪雷.重庆交通大学 2014
[9]喷油正时及EGR对柴油机性能影响的CFD研究[D]. 苏强.西南交通大学 2014
[10]柴油机燃油喷射雾化特性及其影响因素分析的理论研究[D]. 李营.南京理工大学 2014
本文编号：3711740
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 多次喷射技术介绍及其研究现状
1.2.1 多次喷射技术
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内研究现状
1.3 本文主要研究内容
2 柴油机燃烧过程中数值模拟理论基础
2.1 基本控制方程
2.1.1 质量守恒方程
2.1.2 能量守恒方程
2.1.3 动量守恒方程
2.1.4 组分守恒方程
2.2 湍流模型
2.3 喷雾模型
2.4 燃烧模型
2.4.1 有限速率模型
2.4.2 涡团耗散模型
2.4.3 混合模型
2.5 排放物模型
2.5.1 NOx生成模型
2.5.2 碳烟生成模型
2.6 流场数值计算常用方法
2.7 网格介绍
2.8 本章小结
3 柴油机缸内燃烧的数值模拟
3.1 燃烧室模型的建立
3.2 网格划分
3.3 初始条件与边界条件设置
3.3.1 初始条件及边界条件的设置
3.3.2 循环喷油量的确定
3.4 模型验证
3.5 本章小结
4 单次喷射结果分析及多次喷射数值模拟研究
4.1 单次喷射燃烧分析
4.1.1 缸内宏观量分析
4.1.2 缸内微观量分析
4.2 多次喷射模拟分析
4.2.1 预喷射方案的制定
4.2.2 不同预喷油量的模拟结果分析
4.2.3 不同预喷射和主喷射间隔的模拟分析
4.3 本章小结
5 柴油机预喷油策略优化
5.1 多目标优化方法介绍
5.1.1 常用的多目标进化算法
5.1.2 数据挖掘方法介绍
5.1.3 K-mean聚类分析算法
5.2 多目标优化过程
5.2.1 设计变量范围和目标函数要求
5.2.2 拉丁超立方取样
5.2.3 建立Kriging代理模型
5.2.4 基于NSGA-II优化算法的寻优
5.3 数据挖掘
5.3.1 总变差分析
5.3.2 自组织映射(SOM)分析
5.4 优化结果展示
5.5 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]预喷射对柴油机不同燃烧室性能影响的试验研究[J]. 周立迎,李石彪,葛明生,沈黎明,罗福强. 中国农机化学报. 2016(03)
[2]基于DOE的柴油机喷油系统参数优化研究[J]. 胡磊,石君明,孙跃东,周萍,张振东. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]预喷对柴油机低温燃烧影响的试验研究[J]. 张全长,张朋辉,郑尊清,徐佳. 内燃机工程. 2014(02)
[4]分段喷射对柴油机噪声与排放影响的试验和模拟分析[J]. 石秀勇,乔信起,倪计民,郑媛媛. 上海交通大学学报. 2010(11)
[5]多次喷射参数对直喷式柴油机排放性能影响研究[J]. 徐洪军,邵利民,常汉宝. 小型内燃机与摩托车. 2009(04)
[6]车用柴油机排放控制现状与技术进展[J]. 杜愎刚,朱会田,许力. 内燃机工程. 2004(03)
博士论文
[1]2.0TCI高速直喷柴油机混合气形成及燃烧过程控制[D]. 袁方恩.吉林大学 2013
硕士论文
[1]某柴油机燃烧室结构与喷油参数的多目标优化及分析[D]. 陈永燕.重庆理工大学 2017
[2]高压喷射对轻型柴油机喷雾、燃烧及排放的影响[D]. 侯玉晶.吉林大学 2016
[3]某柴油发动机缸内流场和燃烧的数值模拟分析[D]. 段孟华.重庆理工大学 2016
[4]燃油喷射参数对共轨柴油机排放性能的影响规律研究[D]. 闫鹏斌.辽宁工业大学 2016
[5]柴油机燃烧室及喷油系统多参数优化匹配研究[D]. 徐丹.北京理工大学 2015
[6]柴油机缸内燃烧数值模拟研究[D]. 潘翠丽.中北大学 2015
[7]柴油机燃油分段喷射对缸内燃烧的影响及匹配研究[D]. 孙建国.北京理工大学 2015
[8]基于遗传算法的柴油机工作过程模拟及性能优化[D]. 纪雷.重庆交通大学 2014
[9]喷油正时及EGR对柴油机性能影响的CFD研究[D]. 苏强.西南交通大学 2014
[10]柴油机燃油喷射雾化特性及其影响因素分析的理论研究[D]. 李营.南京理工大学 2014
本文编号：3711740
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