增程式电动汽车用二冲程LPG直喷分层稀燃发动机混合气形成的数值解析

发布时间：2017-08-08 06:28

  本文关键词：增程式电动汽车用二冲程LPG直喷分层稀燃发动机混合气形成的数值解析

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【摘要】：二冲程发动机有结构简单、转速高、比功率大等优点,检索表明充分地利用这些优点将它开发为增程式电动汽车用发电机组的动力源的报道还几乎没看到。但是,增程模式下的二冲程缸内直喷发动机转速高,若采用在关闭排气口后的汽油喷射时,由于混合气形成时间较短,所以对混合气形成好坏的担忧是有必要的。液化石油气(LPG)拥有沸点低、饱和蒸汽压高的特点,喷入气缸后将发生剧烈的减压沸腾现象,非常利于加速燃料和空气的混合,特别是LPG携带和存储也非常容易。为此,选定了二冲程LPG直喷发动机作为轻型电动汽车在增程模式下发电机组的动力源。文章研究了不同结构的二冲程LPG直喷发动机缸内的混合气形成过程。首先在验证了计算方法及计算模型正确的基础上,使用Fire V2011软件,研究了不同工况时喷油时刻对传统曲轴箱扫气式二冲程直喷发动机缸内均质混合气形成的影响。结果表明,在避免“燃油短路”的条件下,设定的起动、暖机工况(2000rpm)采用下止点后(ABDC) 50℃A开始燃料喷射、以及增程模式下的发电机组工况(4800rpm)采用下止点后(ABDC) 40℃A开始燃料喷射是合适的,在排气口关闭(73℃A ABDC)时,新鲜混合气被锁止在气缸内,而在接近火花塞点火的压缩过程后期,缸内都形成了较理想的均质混合气。提出了提出了区别于传统的曲轴箱扫气形式的、具有弯曲活塞顶的“壁面引导”式二冲程直喷汽油机的分层稀薄燃烧系统。使用Fire V2011软件,研究了发动机不同工况选用不同喷射开始时刻时缸内混合气的的浓度场和速度场。优化结果表明,怠速工况时,燃料LPG在60 ℃A BTDC喷射,发电机组工况时,燃料LPG在60°～70℃A BTDC喷射,接近点火时刻时,在火花塞电极附近都能形成了理想的分层混合气,而整个燃烧室的空燃比可达到40：1：在上述基础上,在避免“燃油短路”的条件下,进一步数值解析了在选定的起动-暖机工况(2000rpm)、发电机组工况(4800rpm)以及全负荷工况(6000rpm)时缸内混合气的浓度场和速度场。结果表明了采用不同LPG喷射时刻,在排气口关闭(65℃A ABDC)时,新鲜混合气被锁定在气缸内,而在接近火花塞点火的压缩过程后期,缸内都形成了较理想的均质理论混合气。提出了另一种区别于传统的曲轴箱扫气形式的、“喷雾引导”式二冲程直喷汽油机的分层稀薄燃烧系统。研究了在发电机组工况时(4800rpm),采用不同分布的六孔喷油器对二冲程“喷雾引导”直喷发动机缸内分层和均质混合气形成的影响,结果表明,六孔非均匀分布喷油器更适合“喷雾引导”二冲程直喷发动机。
【关键词】：LPG 壁面引导 喷雾引导 混合气 数值解析
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 研究的背景和意义11-12
• 1.2 发动机缸内直喷(GDI)燃烧技术12-17
• 1.2.1 缸内直喷技术的发展简史12-13
• 1.2.2 缸内直喷均质当量比燃烧13-14
• 1.2.3 分层燃烧发动机的燃烧系统14-16
• 1.2.4 缸内直喷发动机存在的问题16-17
• 1.3 二冲程直喷发动机国内外研究现状17-19
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.4 车用燃料LPG的主要特征及其应用19-22
• 1.4.1 LPG的燃料特性19-20
• 1.4.2 LPG的使用特性20-21
• 1.4.3 LPG发动机的研究现状21-22
• 1.5 论文的研究内容22-24
• 第2章 数值解析的基础24-35
• 2.1 CFD模拟计算方法24-25
• 2.1.1 有限体积法25
• 2.1.2 SIMPLE算法25
• 2.2 FIRE软件简介25
• 2.3 基本守恒方程25-28
• 2.3.1 质量守恒定律26
• 2.3.2 动量守恒定律26
• 2.3.3 能量守恒定律26-27
• 2.3.4 组分守恒定律27
• 2.3.5 理想气体状态方程27-28
• 2.4 模拟计算模型的选择和参数设置28-34
• 2.4.1 湍流模型28-29
• 2.4.2 喷雾模型29-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 回流扫气式二冲程直喷发动机混合气形成过程的数值解析35-44
• 3.1 计算方法及建立模型的正确性验证35-37
• 3.2 回流扫气式二冲程直喷发动机缸内混合气形成过程的数值解析37-43
• 3.2.1 提出模型及建立网格38-39
• 3.2.2 初始条件及边界条件的确定39-40
• 3.2.3 解析结果与分析40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 直流扫气式二冲程直喷发动机混合气形成过程的数值解析44-62
• 4.1 “壁面引导”式二冲程LPG直喷汽油机混合气形成过程的数值解析44-54
• 4.1.1 计算方法及建立模型可行性验证44-45
• 4.1.2 二冲程“壁面引导”燃烧系统的提出45
• 4.1.3 建立模型及计算用动网格的生成45-47
• 4.1.4 控制方程的离散化和求解方法47
• 4.1.5 直流扫气式二冲程壁面引导直喷发动机缸内分层混合气分布47-50
• 4.1.6 直流扫气式二冲程壁面引导直喷发动机缸内均质混合气分布50-54
• 4.2 “喷雾引导”式二冲程LPG直喷汽油机混合气形成过程的数值解析54-60
• 4.2.1 二冲程“喷雾引导”燃烧系统的提出54-55
• 4.2.2 建立模型及计算用动网格的生成55-56
• 4.2.3 直流扫气式二冲程喷雾引导直喷发动机采用不同喷嘴混合气分布56-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间论文发表69

【参考文献】

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本文编号：638621