135柴油机燃烧过程数值模拟

论文摘要

内燃机的燃烧过程对整机性能有着重大的影响。组织合理的燃烧是提高动力性、改善经济性、减少有害排放物和降低噪声的决定性因素。对于直喷式柴油机,燃烧性能在很大程度上取决于缸内可燃混合气的形成过程,而喷油参数和缸内流场直接影响着油气混合气的形成质量。因此研究喷油参数以及配气结构对燃烧过程的影响有着重要意义。随着科技的发展,在预测柴油机性能、指导燃烧系统设计等方面,三维数值模拟技术正在发挥着前所未有的作用——它可以代替一部分发动机试验,在设计初期进行参数优选,从而大大缩短柴油机的研制周期,降低开发成本。本文首先使用通用的CFD软件STAR-CD对具有螺旋进气道的二气门135柴油机在采用不同喷油正时、不同喷孔数以及不同喷嘴突出高度时的进气、喷雾和燃烧过程进行数值计算,准确得出柴油机缸内各个时刻各个位置的工作状态,然后对计算结果加以对比分析,最终得出上述喷油参数对燃烧效果的影响。研究结果表明:喷油正时、喷孔数和喷嘴突出高度通过影响柴油机的滞燃期、燃油分布范围和喷雾液滴直径而影响油气混合速率以及混合气的形成质量,并且最终作用于燃烧过程。恰当的选择以上参数可以提高混合气的形成质量,改善直喷式柴油机的燃烧性能。在确定喷油参数对燃烧过程的影响规律后,为135柴油机设计了一种四气门结构的气道布置方案并对采用这一配气方案的柴油机模型进行了进气、喷油和燃烧过程的数值模拟。得出结果之后,与传统的二气门柴油机进行对比分析,验证了135柴油机采用四气门技术的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 内燃机燃烧过程数值模拟研究的发展和现状
• 1.2.1 计算机数值模拟概述
• 1.2.2 内燃机燃烧过程数值模拟的发展与分类
• 1.2.3 内燃机多维数值模拟发展概述
• 1.2.4 通用计算流体力学软件STAR-CD简介
• 1.3 本文的研究内容
• 2 内燃机多维数值模拟数学模型
• 2.1 基本控制方程
• 2.2 湍流模型
• 2.2.1 湍流概述
• 2.2.2 湍流的数值模拟方法
• 2.3 燃油喷雾模型
• 2.3.1 液滴基本守恒方程
• 2.3.2 射流分裂及雾化模型
• 2.3.3 液滴破碎模型
• 2.3.4 液滴间的相互作用
• 2.3.5 液滴撞壁模型
• 2.4 燃烧及着火模型
• 2.4.1 层流-湍流特征时间燃烧模型
• 2.4.2 ‘Shell’自燃着火模型
• 2.4.3 燃油参数及反应方程式
• 2.4.4 NOx的形成机理和模型
• 2.4.5 微粒的生成和氧化机理
• 3 计算模型的建立
• 3.1 计算对象
• 3.2 几何模型的建立
• 3.3 网格的划分
• 3.4 边界条件的设定
• 4 模拟结果及分析
• 4.1 喷油正时的影响
• 4.1.1 喷油正时对滞燃期的影响
• 4.1.2 喷油正时对油气混合的影响
• 4.1.3 喷油正时对做功能力的影响
• 4.2 喷孔数的影响
• 4.2.1 喷孔数对油气混合的影响
• 4.2.2 喷孔数对缸内温度分布的影响
• 4.2.3 喷孔数对做功能力的影响
• 4.3 喷嘴突出高度的影响
• 4.4 配气结构的影响
• 4.4.1 配气结构对油气混合的影响
• 4.4.2 配气结构对缸内温度分布的影响
• 4.4.3 配气结构对做功能力的影响
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢