柴油机缸内流动及喷雾特性模拟研究

论文摘要

发动机进排气道及缸内流场分布直接影响发动机冲量系数、缸内油气混合以及缸内燃烧特性,燃油喷射雾化机理也是人们关注的焦点。数值模拟计算方法的出现,使得人们详细研究发动机内部流场及喷油雾化成为可能。本文利用大型CFD模拟软件STAR-CD对某一机型柴油机进行了三维数值模拟,深入研究发动机进排气过程及缸内流场分布,并对影响燃油喷射雾化水平的参数进行分析。为得到准确的边界条件和初始条件,对某一机型柴油机做工作性能实验,利用仿真软件BOOST,模拟计算得出用于CFD模拟的边界和初始条件,与实验对比,模拟结果与实验结果吻合较好,所得边界和初始条件准确。应用逆向工程结合三维建模软件,得到包含进排气道——气门——气缸在内的三维实体,网格划分,建立了适用于模拟计算的一个循环的三维实体网格,定义移动网格事件,实现网格的自动更新。对发动机进排气过程进行数值模拟,分析了进排气道内部流体流动状态,气道几何形状、气门叠开角、气门升程曲线等因素的影响,同时对发动机压缩冲程中的缸内流场湍流分布进行分析。对柴油机燃油喷射雾化过程进行了模拟,详细直观的展示喷射雾化过程,分析油束夹角、喷嘴高度等参数对燃油雾化、油气混合的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 发动机缸内流动特点
• 1.2.1 缸内湍流的产生
• 1.2.2 缸内旋流和滚流现象
• 1.2.3 缸内流动对喷雾和燃烧的影响
• 1.3 内燃机流场数值模拟发展现状
• 1.3.1 进排气道流场模拟
• 1.3.2 气缸内部流场模拟
• 1.4 内燃机喷油雾化数值模拟研究现状
• 1.5 课题的提出和主要内容
• 第二章 CFD数值模拟计算方法
• 2.1 流体数值模拟计算概述
• 2.2 计算方法及求解
• 2.2.1 微分方程离散化方法
• 2.2.2 差分格式
• 2.2.3 代数方程组的求解
• 2.3 初始条件和边界条件
• 2.3.1 初始条件
• 2.3.2 边界条件
• 第三章 柴油机工作过程实验和模拟计算
• 3.1 柴油机性能实验
• 3.1.1 实验对象
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 数据采集
• 3.1.4 实验结果
• 3.2 BOOST缸内工作过程模拟
• 3.2.1 BOOST软件简介
• 3.2.2 计算用到的主要计算程序
• 3.2.3 模型建立
• 3.2.4 计算结果验证及提取
• 3.3 本章小结
• 第四章 柴油机缸内流动数值模拟
• 4.1 计算条件设定
• 4.2 网格划分
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 面网格生成
• 4.2.3 移动网格部分
• 4.2.4 气道的生成
• 4.2.5 燃烧室的制作
• 4.3 基本控制方程
• 4.4 湍流模型
• 4.5 计算结果及分析
• 4.5.1 排气道流场分析
• 4.5.2 进气道流场特性分析
• 4.5.3 进气过程流场变化过程
• 4.5.4 进气门晚关流场特性
• 4.5.5 缸内流场
• 4.5.6 缸内温度变化
• 4.5.7 缸内压力变化
• 4.6 本章小结
• 第五章 燃油喷射模拟计算
• 5.1 初始边界条件
• 5.2 喷雾模型
• 5.2.1 Reitz-Diwakar破碎模型
• 5.2.2 蒸发模型
• 5.2.3 Huh雾化模型
• 5.2.4 Bai的撞壁模型
• 5.3 模型参数设定
• 5.3.1 模型选择
• 5.3.2 模型中的参数设置
• 5.3.3 喷雾锥角
• 5.4 计算结果及分析
• 5.4.1 缸内燃油喷射雾化历程
• 5.4.2 油束夹角对缸内喷雾的影响
• 5.4.3 改变喷嘴位置
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表