均质直喷汽油机瞬态多维数值研究

论文摘要

汽车保有量的快速提升加速消耗了有限的石油资源,另外也对环境保护构成巨大的挑战,节能减排是现阶段汽车行业发展的首要任务,缸内直喷汽油机以其良好的操作响应性和燃油经济性成为目前汽油机发展的主流方向。针对传统发动机的开发主要依靠技术人员的经验设计,存在周期长、花费大的缺点,本文采用计算流体力学（CFD）软件STAR-CD对一均质直喷汽油机的缸内流场发展过程、燃油雾化过程和混合气燃烧过程进行了详细的数值分析研究。首先利用定容喷雾模拟和柴油机燃烧模拟标定了所选喷雾模型和燃烧模型,并考察了不同喷孔夹角及相同流通面积时不同喷孔数目的情况下对油束喷雾形态和贯穿距的影响。结果表明喷孔夹角小于20°时,夹角大小对喷雾贯穿距和形状有较大影响；在总的流通面积大致相同时,验证了6孔喷嘴能获得较好的雾化效果。其次对不同喷嘴夹角方案、不同喷油起始角方案和不同点火提前角方案的汽油机动网格进行了划分、参数设定、计算及可视化后处理结果分析。对所研究的发动机仿真结果的分析发现,喷嘴与水平面夹角越小,缸内滚流比就越大,有利于发动机低转速下混合气的形成,有利于后续的燃烧过程,但过小的夹角将使油束撞击到气门背面形成油膜,稀释混合气,最佳夹角应为不撞击气门的临界位置；喷油起始角越早,缸内混合气就越均匀,缸内压力和温度就越高；点火提前角为13℃A时,热效率最高,缸内压力曲线最为丰满。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.1.1 能源问题
• 1.1.2 环境问题
• 1.2 直喷汽油机发展历程
• 1.2.1 早期缸内直喷汽油机燃烧系统
• 1.2.2 近现代缸内直喷汽油机
• 1.3 直喷发动机存在的问题
• 1.4 本文研究手段及内容
• 1.5 本章小节
• 第2章 发动机缸内数值模拟方法基础
• 2.1 数值基本控制方程
• 2.2 湍流数值模型
• 2.2.1 标准k—ε双方程模型
• 2.2.2 RNG k—ε湍流模型
• 2.3 排放物模型
• 2.4 控制方程的离散方法
• 2.4.1 有限体积法
• 2.4.2 常见离散格式
• 2.4.3 基于有限体积法的流场计算方法
• 2.5 边界条件简介
• 2.6 本章小结
• 第3章 雾化燃烧模型
• 3.1 STAR—CD软件简介
• 3.2 雾化模型
• 3.2.1 湍流扩散模型
• 3.2.2 粒子碰撞模型
• 3.2.3 破碎模型
• 3.2.4 Bai壁面碰撞模型
• 3.3 定容喷雾标定验证
• 3.3.1 喷孔夹角对喷雾贯穿距的影响
• 3.3.2 不同喷孔数目对喷雾结果的影响
• 3.4 湍流燃烧模型
• 3.4.1 ECFM—3Z三区拟序扩展火焰模型
• 3.4.2 ECFM—3Z模型标定验证
• 3.5 本章小节
• 第4章 缸内流场特性分析
• 4.1 发动机几何模型
• 4.2 网格划分
• 4.2.1 面网格生成
• 4.2.2 动网格生成
• 4.3 数值计算条件
• 4.4 缸内流动特性分析
• 4.4.1 滚流比变化情况
• 4.4.2 湍动能变化情况
• 4.5 本章小节
• 第5章 燃烧系统参数优化
• 5.1 不同燃油喷射角度对缸内过程的影响
• 5.1.1 油气混合过程分析
• 5.1.2 燃烧过程分析
• 5.1.3 排放分析
• 5.2 不同喷油起始角对缸内过程的影响
• 5.2.1 油气混合过程分析
• 5.2.2 燃烧过程分析
• 5.2.3 排放分析
• 5.3 不同点火提前角对缸内过程的影响
• 5.3.1 缸内燃烧过程分析
• 5.3.2 排放物分析
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 全文总结
• 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表和录用的论文目录