基于KIVA-3V的车用四缸涡轮增压柴油机燃烧过程数值模拟

论文摘要

内燃机燃烧过程是一种剧烈放热化学反应的湍流现象，实际燃烧过程是一个流体运动、传热、传质和化学反应以及它们之间相互作用的复杂的物理化学过程。以往研究燃烧过程都是通过实验研究，燃烧基本上是一门实验科学。内燃机缸内工作过程的模拟仿真计算随着计算机技术和模型的不断改进而越来越引起内燃机工作者的重视。模拟计算相对与实验方法，不仅可以直观反映缸内流场信息及燃烧过程，还可以灵活地通过参数变化进行变参数研究，为内燃机技术改造提供理论支持。本文选定的KIVA系列程序是美国Los Alamos实验室推出的内燃机燃烧过程仿真软件。本文给出了内燃机燃烧模拟的主要的数学模型，探讨了各方程的数值求解方法，并对KIVA-3V系列程序结构以及模拟计算的后处理过程进行了介绍。通过KIVA-3V程序对选定的4100型增压柴油机缸内燃烧过程进行数值模拟。通过计算，得到了该型柴油机缸内平均压力和平均温度随曲轴转角变化曲线，将其与实验结果进行对比分析。在确定了模拟计算的精度后，通过重新设定初始涡流比、转速以及喷油提前角模拟缸内工质流动、温度与压力分布以及排放物生成过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 内燃机缸内工作过程数值模拟综述
• 1.2.1 内燃机工作过程模拟研究
• 1.2.2 数值模拟的国内外发展情况
• 1.3 KIVA系列程序发展沿史
• 1.4 本课题的选题背景和意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 计算模型及数值求解
• 2.1 控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 状态方程
• 2.2.5 湍流模型
• 2.2 数值模型
• 2.2.1 喷雾模型
• 2.2.2 NOx生成模型
• 2.2.3 碳烟生成模型
• 2.3 数学模型的数值求解
• 2.3.1 时间离散
• 2.3.2 空间离散
• 2.4 边界条件
• 2.4.1 速度边界条件
• 2.4.2 温度边界条件
• 2.4.3 湍流k-ε方程的边界条件
• 2.5 本章小结
• 第三章 KIVA-3V程序介绍
• 3.1 KIVA程序的组成
• 3.2 划分网格
• 3.2.1 网格概述
• 3.2.2 主程序求解过程
• 3.2.3 后处理
• 3.3 本章小结
• 第四章 柴油机缸内工作过程模拟计算
• 4.1 燃烧室网格的生成
• 4.1.1 燃烧室主要技术参数
• 4.1.2 iprep数据文件
• 4.1.3 柴油机燃烧室网格生成
• 4.2 模拟计算
• 4.2.1 喷雾过程模拟
• 4.2.2 缸内压力和温度
• 4.3 NOx的生成
• 4.4 CO的生成
• 4.5 模型验证
• 4.6 小结
• 第五章 燃烧室变参数研究
• 5.1 初始涡流比对燃烧过程的影响
• 5.1.1 初始涡流比对缸内温度分布的影响
• 5.1.2 初始涡流比对缸内压力分布的影响
• 5.1.3 初始涡流比对缸内NOx浓度分布的影响
• 5.1.4 初始涡流比对缸内CO浓度分布的影响
• 5.2 转速对燃烧过程的影响
• 5.2.1 转速对缸内压力分布影响
• 5.2.2 转速对缸内温度分布影响
• 5.2.3 转速对缸内NOx浓度分布影响
• 5.2.3 转速对缸内CO分布影响
• 5.3 喷油提前角对燃烧过程主要性能的影响
• 5.3.1 喷油提前角对最大爆发压力的影响
• 5.3.2 喷油提前角对最高燃烧温度的影响
• 5.3.3 喷油提前角对NOx浓度分布的影响
• 5.3.4 喷油提前角对CO浓度分布的影响
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢