135柴油机不同进气结构的缸内过程数值模拟

论文摘要

内燃机经过多年发展,应用范围非常广泛,随着能源短缺和环境污染问题的出现,人们开始提出各种方法去改善燃烧质量,从而提高内燃机的动力性、经济性及排放性。其中四气门技术在柴油机的发展上得到了广泛的研究与应用。它主要通过改变二气门柴油机传统的进气道数目、结构及布置,得到传统的二气门柴油机不具有的优点。四气门柴油机可以加大气门面积,增加进气量,减少高速时的泵吸功,又可使燃烧室凹坑和缸盖上的喷油器位置布置在气缸中央,从而改善了进气涡流及油雾分布的均匀性,加速混合气的形成,并且改善了活塞和喷油器的冷却条件,同时可在不同转速下实现涡流比可变,实现高效燃烧、清洁排放。从发展角度上看,多气门发动机取代传统的两气门发动机已成为必然的发展趋势。本文根据实际模型特点,对135柴油机用UG画图软件进行三维建模,设计带有两个螺旋进气道的四气门柴油机、带有一个螺旋进气道和一个切向进气道的四气门柴油机及只有一个螺旋进气道的二气门柴油机,用Star-CD流体计算软件对缸内进气、压缩、喷雾及燃烧过程的流动情况进行数值模拟;得出柴油机缸内流体在各个过程、时刻和角度的流动状态并进行比较分析;得出具有两螺旋进气道的四气门柴油机在流动、燃烧性能方面占据着绝对优势,其缸内的流动尺度较大,有很好的旋流与滚流特性,这些都有利于燃油的雾化与混合气的形成。分析燃烧的效果,该柴油机的优势明显,与另两种柴油机相比,燃烧开始时刻早,滞燃期短,平均温度与压力高,使燃烧集中,缸内着火范围大,燃烧效果好,做功能力强。分析燃油雾化时,在喷油初始阶段,该柴油机的燃油蒸发量及蒸发率都较高,且索特平均直径相对较小,喷射后期与扩散燃烧时期的燃油蒸发量及蒸发率相对平稳,且在燃烧结束阶段,剩余燃油量基本为零。综上所述,本文将所设计的不同进气结构的带有两个螺旋进气道四气门柴油机、一个螺旋进气道和一个切向进气道的四气门柴油机及一个螺旋进气道的二气门柴油机进行比较,充分说明了前者改善了燃烧的质量,提高动力性、经济性的能力,为对不同进气结构及四气门技术的进一步研究提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 内燃机的发展应用概述
• 1.2 四气门柴油机的研究现状
• 1.3 内燃机CFD数值模拟
• 1.4 常用的CFD数值模拟软件
• 1.5 本文的研究内容
• 2 柴油机缸内流动特性
• 2.1 湍流的流动特点
• 2.1.1 湍流的基本特征
• 2.1.2 内燃机缸内湍流的特点
• 2.2 柴油机混合气的形成特点
• 2.3 两相流动特点
• 本章小结
• 3 柴油机工作过程的数值模拟
• 3.1 湍流流动模型
• 3.1.1 基本守恒方程
• 3.1.2 湍流模型
• 3.2 油气两相流模型
• 3.3 燃油喷雾模型
• 3.3.1 喷雾角度和初始速度
• 3.3.2 液滴碰撞模型
• 3.3.3 液滴破碎模型
• 3.4 燃油燃烧模型
• 3.4.1 柴油机燃烧模型
• 3.4.2 柴油机点燃模型
• 本章小结
• 4 建模与计算
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 相关 UG软件的介绍
• 4.1.2 模型的建立
• 4.2 计算网格划分
• 4.3 计算边界条件
• 4.4 柴油机主要计算参数
• 4.4.1 基本参数
• 4.4.2 喷油雾化参数
• 4.4.3 燃油燃烧参数
• 本章小结
• 5 数值模拟计算结果分析与比较
• 5.1 缸内流体运动
• 5.1.1 进气流动
• 5.1.2 压缩与燃烧膨胀流动
• 5.2 喷雾燃烧情况
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢