光学汽油机燃烧过程模拟与试验研究

发布时间：2017-09-24 21:45

  本文关键词：光学汽油机燃烧过程模拟与试验研究

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【摘要】：汽油机作为汽车的心脏,是汽车的动力来源,其存在的重要意义毋庸置疑,它的健康发展推动着整个汽车行业的进步。汽油机的缸内燃烧过程复杂多变,因此对汽油机的测试工作受到研究者们的重视。可视化技术是目前研究汽油机内部燃烧最有效的试验方法。通过对原汽油机进行改造,在缸体内部加装可视化窗口,通过激光照射对缸内燃烧进行探测是最常用的手段。但是,为达到汽油机内部可视化的目的对汽油机结构进行了大量改造,其不可避免的会影响到原汽油机的工作性能。因此,本文便利用AVL FIRE软件对传统汽油机和光学汽油机进行模拟比较,比较光学汽油机与传统汽油机的区别,进而验证光学实验的合理性。本文以奔腾B70汽油机为原型,将其改装成光学汽油机,将原汽油机活塞、缸体、缸套加长,并在加长活塞内部安置45°反射镜,以便激光线光源在汽油机缸体内的传输及输出,尽可能的对缸内燃烧进行观察。分析了数值模拟的原理,搭建了汽油机进排气道及燃烧室的模型,为之后的数值模拟计算奠定了基础。利用AVL FIRE软件模拟原汽油机与光学汽油机的缸内温度场、速度场及浓度场的分布,还分析了光学汽油机内NO浓度场的分布。本文主要是通过对汽油机缸内温度场、速度场以及浓度场的分析得出不同转速下的光学汽油机燃烧扩散及混合气的混合情况。当转速较高时混合气的形成时间缩短,燃烧扩散速度及范围升高,会导致燃烧室内整体温度增加。光学汽油机由于受活塞顶部凹坑的影响,混合气在凹坑附近的浓度相对较多,因此凹坑附近的温度比原汽油机有所提高。光学汽油机活塞顶部凹坑使得缸内流动加剧,凹坑内会形成滚流现象,使得燃烧室内燃油在凹坑附近速度偏高,但由于凹坑所占比例很小,对整体的缸内速度场分布影响不大。光学汽油机活塞顶部凹坑处滚流现象使得其浓度较高,由于活塞下行时缸内挤流加强使燃油向排气门侧浓度分布增多。光学汽油机燃烧过程中NO生成与传统汽油机相同,均在高温阶段产生。又由于光学汽油机中有凹坑的存在,凹坑处NO浓度偏高,使得缸内的NO浓度整体分布情况略有不同。
【关键词】：AVL FIRE 光学汽油机 数值模拟 转速 燃烧
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.171
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-13
• 1.2 CFD数值模拟方法13-14
• 1.3 数值模拟的国内外现状14-16
• 1.3.1 数值模拟的国外现状14-15
• 1.3.2 数值模拟的国内现状15-16
• 1.4 AVL FIRE软件16-17
• 1.5 光学汽油机研究现状17
• 1.6 本文研究的主要内容17-20
• 第2章 缸内燃烧过程数值模拟理论20-34
• 2.1 数值模拟的求解过程20-22
• 2.2 流体动力学控制方程22-24
• 2.2.1 质量守恒方程22
• 2.2.2 动量守恒方程22-23
• 2.2.3 能量守恒方程23-24
• 2.3 流场计算方法24-26
• 2.4 有限体积法26-27
• 2.5 湍流模型27-28
• 2.6 排放物模型28-32
• 2.6.1 NOX生成机理28-30
• 2.6.2 碳烟生成模型30-32
• 2.7 本章小结32-34
• 第3章 光学汽油机改造及光学实验平台搭建34-44
• 3.1 光学汽油机主体34-37
• 3.1.1 光学通路35-36
• 3.1.2 光学汽油机改造36-37
• 3.2 光学汽油机的改进设计与制造37-41
• 3.3 光学测量平台41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 汽油机计算模型的建立44-52
• 4.1 模型建立过程44-46
• 4.2 计算网格建立46-48
• 4.3 边界条件的设定48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 光学汽油机缸内试验与模拟52-66
• 5.1 汽油机示功图对比52-54
• 5.1.1 示功图测试平台52
• 5.1.2 示功图测取步骤52-54
• 5.2 不同转速下光学汽油机缸内燃烧的模拟54-65
• 5.2.1 不同转速下光学汽油机缸内温度场54-57
• 5.2.2 不同转速下光学汽油机缸内速度场57-59
• 5.2.3 不同转速下光学汽油机缸内浓度场59-62
• 5.2.4 不同转速下光学汽油机缸内NO浓度场62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第6章 全文总结及展望66-70
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 工作展望67-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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