伞状喷雾在涡流室式柴油机中的应用研究

论文摘要

能源与环境问题是当今世界最引人关注的问题。节约能源、保护环境,促使社会可持续发展已成为各国政府的工作重点,非道路用压燃式发动机的排放标准也应运而生。涡流室式柴油机由于其成本低、排放性好,在农用机中又有回归的趋势。尽快开发面向“三农”的高动力密度、高性价比并且低排放的新型柴油机已成为内燃机工作者的迫切任务。空气与燃料的混合质量以及混合气的燃烧进程与发动机的性能息息相关。增加涡流室的涡流强度可改善混合气质量,提高燃烧效率,但同时不可避免地会增加通道流动损失和涡流室壁面散热损失,导致冷启动性变差,且热效率不一定增加。因此,如果可以在较低的涡流强度下获得良好的混合气,将减少散热和流动损失,提高燃烧效率,降低排放,从而改善涡流室式柴油机的冷启动性和经济性。本文结合伞状喷雾系统的喷雾特点及涡流室内的气流运动特点,创造性地提出了新型伞状喷雾涡流室燃烧系统,并针对我国常用的吊钟型涡流室式柴油机做了如下研究工作：（1）应用三维CFD软件对BH175F1型涡流室式柴油机进行了三维数值模拟。通过对其缸内流场及浓度场的分析,发现通过改变油嘴安装角度可以在主燃烧室内获得更加均匀的混合气,从而加快燃烧进程。（2）在原型机上通过对不同油嘴进行性能实验,首先对比了不同轴针直径对柴油机性能的影响,结果显示,在中低负荷下采用大直径（Φ=1.5mm）轴针油嘴柴油机性能优于采用小直径（Φ=1.0mm）,而在高负荷下结果相反。通过对原机应用不同锥角伞状喷雾油嘴实验发现,采用伞状喷雾油嘴可以在部分负荷降低柴油机油耗3%-5%,NOx也明显降低；并且采用伞喷锥角40。油嘴性能优于伞喷锥角60。油嘴。（3）设计新型伞状喷雾涡流室式燃烧系统方案,通过三维数值模拟,分析各种方案特点,为最终设计出实现伞喷油束与气流运动良好配合的新型伞状喷雾涡流室燃烧系统提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 我国能源现状及非道路用排放法规
• 1.1.1 我国能源现状
• 1.1.2 非道路用柴油机排放法规
• 1.2 涡流室式柴油机的现状与发展
• 1.2.1 涡流室式柴油机的发展历程
• 1.2.2 国内外对涡流室式柴油机的几种改进方法
• 1.3 小结
• 1.4 论文的研究内容
• 2 BH175F1型涡流室式柴油机工作过程数值模拟
• 2.1 计算机数值模拟技术及主要CFD软件
• 2.1.1 柴油机工作过程模拟仿真
• 2.1.2 主要CFD软件
• 2.2 计算对象及模型
• 2.2.1 涡流室式柴油机燃烧室三维建模
• 2.2.2 动网格生成
• 2.2.3 计算初始条件及边界条件
• 2.3 计算采用子模型
• 2.3.1 喷雾模块
• 2.3.2 燃烧模块
• 2.4 计算结果及分析
• 2.4.1 燃烧室内压力和温度曲线
• 2.4.2 燃烧室内空气流动情况分析
• 2.4.3 燃油喷射过程分析
• 2.4.4 混合气形成过程分析
• 2.4.5 油嘴安装角度对混合气形成和燃烧的影响
• 2.5 本章小结
• 3 涡流室式柴油机利用伞状喷雾燃烧系统的性能实验与模拟分析
• 3.1 实验台的搭建
• 3.2 伞状喷雾系统及实验方案
• 3.2.1 伞状喷雾系统
• 3.2.2 实验方案
• 3.3 实验结果及分析
• 3.4 利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统的数值模拟与分析
• 3.5 本章小结
• 4 新型伞状喷雾涡流室燃烧系统探索研究
• 4.1 新型伞状喷雾涡流室燃烧系统的提出
• 4.2 新型伞状喷雾涡流室燃烧系统方案的设计
• 4.3 新型伞状喷雾涡流室燃烧系统方案的模拟结果及分析
• 4.3.1 燃烧室内放热率及缸内压力分析
• 4.3.2 速度分布
• 4.3.3 浓度分布
• 4.3.4 温度分布
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 今后工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 攻读硕士学位期间发明专利情况
• 致谢