16V280柴油机燃油系统新型喷嘴的三维流场数值模拟计算

论文摘要

随着科学技术的进步，人们对流体的性质及运动规律的研究不断深入。但是由于流体运动的复杂性，对于实际工程中大量存在的边界形状复杂的流动，由于其复杂性并且难于测量，物理模型试验具有局限性，实验往往只能给出总流的参数，而数值模拟则能给出相关流场的具体信息。正是因为数值模拟具有较多的优点，渐已成为研究与流体相关机械的强有力手段。FLUENT是一个对可压缩流体进行数值模拟的流体力学商业软件，将其应用于柴油机喷油嘴内部流场的模拟，可以方便地计算出各项参数的全场分布，具有计算快速、简捷、方便，数值精度较高等优点，实用性较强。通过CFD(Computaion Fluid Dynamic)软件FLUENT分别利用可压缩流体的三维湍流模型和无粘流动模型对改进前后喷油嘴内流场进行了数值模拟。对比研究发现，90°密封座面的压力损失小于60°密封座面；随着喷射压力的提高喷油嘴粘性流体流量与无粘流体流量之比有减小的趋势；喷孔倒角可以增大喷油嘴流量系数，同时可以减少高压喷射带来的压力损失。按照该设计生产的产品前不久在高强化中速机车柴油机上22万余公里的实际运用结果表明，该型针阀偶件大大减少了故障率，并且其工作可靠性、使用寿命有大幅度提高。论文的第一部分介绍了柴油机燃油喷射系统的原理、发展状态及未来趋势。重点介绍了铁路机车用柴油机。论文的第二部分介绍了FLUENT基本理论及应用，对它的网格适用、可以计算的物理问题类型、边界条件、湍流模型和求解器加以说明。论文的第三部分介绍了运用FLUENT软件对机车柴油机喷油器的三维流场模拟情况及结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 绪论
• 第一章 柴油机燃油喷射系统及其模拟计算简介
• 1.1 柴油机及其喷射系统发展概况
• 1.2 铁路机车用柴油机使用的泵-管-嘴喷油系统原理介绍
• 1.2.1 低压输油系统
• 1.2.2 高压喷射系统
• 1.3 柴油机燃油喷射系统模拟仿真计算概况
• 1.3.1 几种主要的燃油喷射系统模拟仿真计算的算法
• 1.3.2 对几种算法的小结
• 1.3.3 燃油喷射系统数值模拟研究的意义
• 本章小结
• 第二章 CFD基本理论及FLUENT的应用
• 2.1 流体力学的基本物理模型和基本方程
• 2.1.1 连续介质模型
• 2.1.2 流体力学基本方程
• 2.2 计算流体动力学中的离散化方法
• 2.2.1 基本方程的离散化方法
• 2.2.2 离散化方程的数值解法
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 大涡模拟法（LES）
• 2.3.2 RANS法
• 2.4 Fluent软件介绍
• 2.4.1 程序结构
• 2.4.2 FLUENT的模拟能力
• 2.4.3 FLUENT解决流体动力学问题的步骤
• 2.5 Fluent中的网格
• 2.5.1 网格类型
• 2.5.2 网格类型的选择
• 2.5.3 网格质量
• 2.6 FLUENT中边界条件的处理
• 2.6.1 边界条件的分类
• 2.6.2 压力出口和壁面边界条件
• 2.6.3 操作压力的确定
• 2.7 FLUENT求解器
• 2.7.1 选择求解的格式
• 2.7.2 求解器使用概述
• 本章小结
• 第三章 模型及其计算结果
• 3.1 原针阀偶件及其改进方案
• 3.1.1 几种方案的喷嘴内流道结构
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 物理模型假设
• 3.2.2 网格划分
• 3.2.3 边界条件的设置
• 3.2.4 燃油性质
• 3.2.5 数值方法
• 3.3 各喷嘴不同压力下流动对比分析
• 3.3.1 结构A、B和C在峰值压力下的比较分析
• 3.3.2 结构B在不同压力下的比较分析
• 3.3.3 倒角对流场的影响
• 3.4 针阀前端为球形的喷油嘴的研究
• 3.5 新结构的针阀偶件运用情况
• 3.6 本文中模拟的局限性及未来发展方向
• 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢