基于CFD仿真分析开发缸内直喷汽油机燃烧系统的研究

发布时间：2017-09-25 17:41

  本文关键词：基于CFD仿真分析开发缸内直喷汽油机燃烧系统的研究

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【摘要】：GDI发动机与传统PFI发动机相比,具有更好的动力性、燃油经济性以及排放性能,因此缸内直喷技术得到了研究人员的青睐。使用CFD指导设计具有高效低成本的优势,本文以某企业某款1.6L气道喷射式发动机为基础,使用数值模拟方法开发出一套全新的GDI燃烧系统。然后以此为载体进行了喷油压力对发动机混合气形成以及燃烧性能影响的研究,并对数值模拟中需使用的燃油喷雾模型和燃烧模型进行了仿真与实验的标定。最后以6000r/min@WOT为计算工况,验证了燃烧系统的流动、喷雾以及燃烧性能。研究的主要内容如下:本文为燃烧系统设计了三种进气道形状,通过气道稳流试验和CFD仿真得到了三种进气道的流量系数与滚流比,其中气道三滚流水平比同类机型高;在燃油喷射系统的设计中,引入了喷油器、高压油轨、高压油泵及油管,并通过CAE设计了三种喷油器方案;在燃烧室形状的设计中,发动机燃烧室结构对缸内燃烧有非常大的影响,因此本文利用CFD能够快速建模的优势,设计出五种活塞凹坑形状,并分别进行了缸内流动、喷雾以及燃烧的仿真计算;在气门与气门座形状的设计中,通过对比进气量以及滚流比等仿真结果,为GDI燃烧系统的气门与气门座形状选择最优方案。本文以2500r/min@10bar为计算工况,选择了两组喷油压力(12.5Mpa/10Mpa)进行研究。计算表明,提高喷油压力可以加快混合气混合速度,缩短燃烧持续期,降低碳烟排放,提升发动机的燃烧和排放特性。本文设计的燃烧系统在全速全负荷工况下的性能验证表明,发动机缸内滚流比、湍动能、机油稀释风险以及点火时刻火花塞附近当量比分布等均满足要求。
【关键词】：当量比 滚流比 湍动能 燃油喷雾 喷油压力 GDI
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.171
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 问题的提出及研究意义9
• 1.2 GDI发动机研究现状9-12
• 1.2.1 GDI发动机技术优势9-10
• 1.2.2 GDI技术研究现状10-12
• 1.3 GDI发动机燃烧系统数值模拟研究现状12-13
• 1.3.1 活塞凹坑形状对GDI发动机燃烧影响数值模拟研究现状12
• 1.3.2 喷油策略对GDI发动机燃烧影响数值模拟研究现状12-13
• 1.4 本文研究内容13-15
• 2 数值理论15-23
• 2.1 数值模拟基础15-16
• 2.2 流体力学控制方程组16-19
• 2.2.1 流动模型16-17
• 2.2.2 物质导数17
• 2.2.3 质量守恒方程17-18
• 2.2.4 动量方程18
• 2.2.5 能量方程18-19
• 2.3 缸内气体流动类型19-21
• 2.3.1 缸内涡流运动19
• 2.3.2 缸内滚流运动19
• 2.3.3 缸内湍流运动19-21
• 2.4 本章小节21-23
• 3 缸内直喷汽油机燃烧系统的设计及研究23-47
• 3.1 直喷发动机燃烧系统的设计目标23-24
• 3.2 高滚流气道开发24-26
• 3.3 燃油喷射系统设计26-28
• 3.4 燃烧室形状设计28-40
• 3.4.1 不同活塞方案缸内流场分析29-33
• 3.4.2 不同活塞方案缸内喷雾场分析33-36
• 3.4.3 不同活塞方案缸内燃烧分析36-39
• 3.4.4 燃烧室形状选型39-40
• 3.5 气门与气门座设计40-45
• 3.6 本章小节45-47
• 4 喷油压力对缸内直喷汽油机性能影响的研究47-75
• 4.1 燃油喷雾模型的研究47-53
• 4.1.1 喷雾场结构与油气两相模型47-49
• 4.1.2 喷雾的热力学和动力学过程49-51
• 4.1.3 雾化模型51-53
• 4.2 喷雾模型的标定53-63
• 4.2.1 喷雾标定特征参数54-55
• 4.2.2 喷雾标定55-58
• 4.2.3 喷雾破碎模型参数的敏感度分析58-60
• 4.2.4 各工况喷雾标定结果60-63
• 4.3 喷油压力对GDI发动机影响的研究63-73
• 4.3.1 喷油压力对缸内流场影响分析64-68
• 4.3.2 喷油压力对缸内混合气雾化的影响分析68-73
• 4.4 本章小结73-75
• 5 GDI发动机缸内燃烧数值模拟方法研究75-93
• 5.1 数值模拟方法75-81
• 5.1.1 模型准备75-77
• 5.1.2 网格生成方法77-79
• 5.1.3 计算模型设置79-81
• 5.2 GDI发动机缸内流场分析81-84
• 5.2.1 进气流动分析81-82
• 5.2.2 湍流水平分析82-84
• 5.3 GDI发动机缸内喷雾分析84-87
• 5.3.1 燃油喷雾分析84-85
• 5.3.2 缸内液滴油膜分析85-87
• 5.4 GDI发动机缸内燃烧分析87-91
• 5.4.1 混合气当量比分析87-88
• 5.4.2 燃烧温度与压力分析88-89
• 5.4.3 缸内气体质量与已燃质量百分比分析89-90
• 5.4.4 燃烧火焰面发展分析90-91
• 5.5 本章小结91-93
• 6 总结与展望93-95
• 6.1 全文总结93
• 6.2 本文展望93-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-101
• 攻读学位期间取得的研究成果101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 饶小康;卫海桥;冯登全;潘明章;裴自刚;;喷油时刻及压力对直喷式汽油机低速早燃的影响[J];内燃机学报;2016年01期

2 李逾;郑尊清;刘海峰;马帅营;尧命发;;喷油策略对汽油/柴油双燃料HPCC燃烧特性影响的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2015年02期

3 范立云;李清;马修真;宋恩哲;赵文圣;李鹏豪;;电控单体泵燃油喷射系统喷油压力特性研究[J];内燃机工程;2013年06期

4 何志霞;王谦;袁建平;李德桃;;喷油压力波动对喷嘴内空穴发展影响的CFD分析[J];内燃机工程;2009年01期

5 杨世春;李君;李德刚;;缸内直喷汽油机技术发展趋势分析[J];车用发动机;2007年05期

6 田国弘;王志;葛强强;王建昕;帅石金;;缸内直喷汽油机SI-HCCI-SI燃烧模式切换的研究[J];内燃机学报;2007年03期

7 蔡晓林,杨延相,张平,刘昌文,郗大光,尤兵;FAI二冲程缸内直喷汽油机的研究[J];内燃机学报;2004年02期

8 蒋坚,高希彦;汽油缸内直喷式技术的研究与应用[J];内燃机工程;2003年05期

9 成晓北,黄荣华;柴油机燃油喷射雾化的PIV测量试验研究[J];燃烧科学与技术;2003年03期

10 闫淑芳,宫长明,刘巽俊;喷油压力对直喷式柴油机性能和排放的影响[J];吉林工业大学学报(工学版);2002年03期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 颜学升;柴油机喷嘴结构对喷雾特性的影响研究[D];江苏大学;2013年

2 杜维明;8AYT10缸内直喷发动机开发及关键技术研究[D];吉林大学;2013年

3 李之华;进气门和喷油对直喷汽油机混合气和燃烧控制的模拟研究[D];天津大学;2012年

4 韩立伟;缸内直喷汽油机应用起动—停止技术的研究[D];吉林大学;2010年

5 文华;基于CFD的柴油机喷雾混合过程的多维数值模拟[D];华中科技大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 刘春涛;喷油策略和活塞形状对直喷汽油机性能影响的数值研究[D];重庆大学;2014年

2 姜成泽;缸内直喷甲醇发动机喷射策略对燃烧及排放影响的仿真研究[D];吉林大学;2014年

3 钟博;变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机工作过程影响的模拟研究[D];天津大学;2011年

4 李正伟;缸内直喷汽油机利用可变气门和增压技术改善油耗的研究[D];清华大学;2011年

5 李程;缸内直喷汽油机混合气形成过程数值模拟[D];武汉理工大学;2011年

6 谭文政;缸内直喷汽油机工作过程三维数值模拟[D];大连理工大学;2010年

7 石皓天;GDI汽油机进气系统的数值模拟研究[D];天津大学;2008年

8 周华;耦合喷油器内部流动的柴油机燃油喷雾模拟研究[D];江苏大学;2008年

9 沃傲波;柴油机喷雾准直接数值模拟及其雾化机理的研究[D];华中科技大学;2007年

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本文编号：918717