柴油机进气过程的数值仿真研究

论文摘要

对柴油机而言,要使混合气形成和燃烧的过程完善,提高柴油机的动力性、经济性和排放指标,除了选择合适的进气道获取最佳涡流比外,还必须增加柴油机气缸内的进气充量,而提高进气充量与进气系统结构参数有关；所以,研究进气系统结构参数对充量的影响规律对于改善柴油机性能具有十分重要的意义。合理设计进、排气系统是提高柴油机充气效率的有效措施之一。进气管内气体的压力波动不仅影响进气门开启期间气缸的进气量,而且在进气门关闭后,还将影响下一循环气缸的进气量。压力波动对气缸进气量的影响程度和进气管的长度、管径、发动机转速等因素有关。随着计算机技术的发展,人们对进气系统的研制多采用数值模拟计算和少量试验相结合的方法。通过正确地运用模拟计算,可以方便地对多种方案进行性能的预测和比较,分析各种因素对充气性能的影响,以判断其改进方向,最终通过少量的试验验证,就可以达到改善柴油机性能的目的。论文主要研究进气系统对某单缸柴油机进气管内压力波动、进气充量和泵气损失的影响。通过实验和模拟计算相结合的方法来合理设计进气系统的参数,有效利用进气谐振来改善进气系统的压力波动,提高发动机的充气效率,降低进气损失,进而改善柴油机性能。首先,论文在阅读了大量与课题相关的国内外文献的基础上,系统地总结了发动机进气谐振系统的研究现状,研究了进行模拟计算所涉及的物理数学模型；其次,利用发动机一维流体计算软件AVL Boost建立了单缸柴油机的工作过程仿真模型,并通过计算结果和实验数据对模型的可靠性进行了验证；然后,利用建立的柴油机工作过程仿真模型对发动机进气系统的各零部件进行了优化计算,给出了最佳的进气系统参数；最后,为了充分利用发动机的进气动态效应,设计了一种新型的空气滤清器,并介绍了其工作原理和总体结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 发动机进气谐振系统研究现状
• 1.3 发动机进气系统模拟计算研究现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 AVL Boost软件数值模拟理论基础
• 2.1 气缸子系统高压循环过程的计算
• 2.1.1 气缸子系统基本假设
• 2.1.2 气缸子系统基本微分方程
• 2.1.3 燃烧放热率的计算
• 2.1.4 气缸工作容积的计算
• 2.1.5 传热计算
• 2.1.6 气缸漏气损失的计算
• 2.2 气缸子系统换气过程的计算
• 2.2.1 进排气质量流率的计算
• 2.2.2 进排气道传热的计算
• 2.3 进排气子系统的计算
• 2.3.1 进排气子系统基本假设
• 2.3.2 进排气子系统基本微分方程
• 2.3.3 管道阻力的计算
• 2.3.4 空滤器计算模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 柴油机工作模型的建立及验证
• 3.1 循环模拟软件
• 3.2 模型的建立
• 3.3 参数的确定
• 3.3.1 边界条件的确定
• 3.3.2 平均摩擦损失压力的确定
• 3.3.3 循环喷油量的确定
• 3.3.4 各管道和元件参数的确定
• 3.3.5 气缸模块参数确定
• 3.4 模型的验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 进气谐振系统的优化
• 4.1 进气动态效应
• 4.2 进气系统优化计算
• 4.2.1 空滤器阻力的分析
• 4.2.2 进气管长度的分析
• 4.2.3 进气管直径的分析
• 4.2.4 可变长度进气管的理论分析
• 4.3 新型滤清器的设计
• 4.3.1 技术背景
• 4.3.2 工作原理简介
• 4.3.3 总体结构设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表