基于KIVA3的直喷柴油机碳烟生成和氧化机理的分析研究

论文摘要

柴油机缸内燃烧过程产生的碳烟直接影响柴油机污染物微粒的排放,研究碳烟的生成和氧化机理,有助于研究控制排放污染物和降低油耗的技术。通过计算机数值模拟的研究方法可以方便的实现可视化分析,并且具有信息量大、成本低的优点。本文以KIVA3程序为数值模拟计算工具,对D6114柴油机燃烧生烟过程进行模拟计算,并编制了计算结果与专业图形处理软件之间的接口程序,实现了计算结果的可视化。本文的主要工作是对碳烟生成和氧化机理进行分析,探索一种可以通过数值模拟方法进行直观可视化研究的技术方法,深入地分析了KIVA3程序的计算机理及程序机构。结合KIVA3程序和已有后处理软件,在固定参数条件下进行碳烟生成和氧化的数值模拟研究,主要目的为了验证所提出模型的正确性和可行性,同时探索在此基础上现有软件技术的可挖掘潜力,使现有资源得到充分利用。本文提出了一个六步化学反应机理并将Surovikin碳烟生成模型、NSC氧化模型（Nagle和Strickland-Constable）和Neoh等人提出的OH氧化模型编译集成到KIVA3中构建多维计算模型。对计算燃烧区域通过前处理程序进行计算网格划分,结合后处理程序软件得到了这一化学反应机理下的碳烟颗粒数密度和碳烟总量曲线,同时得到了燃油喷射过程图和碳烟颗粒变化图。通过计算结果的分析,一方面,得到了燃油在高温高压缺氧条件下碳烟生成和氧化过程的变化规律。另一方面,前处理程序的网格划分效果和后处理软件接口程序的可行性有直接的判断。研究结果表明,本文采用的基于化学反应机理模型和现有碳烟计算模型能够较清晰地反映柴油机碳烟生成和氧化的历程,对研究柴油机燃烧和排放具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 柴油机碳烟生成和氧化机理
• 1.3 研究概况
• 1.3.1 国内研究概况
• 1.3.2 国外研究概况
• 1.4 现有模型概述
• 1.4.1 经验模型
• 1.4.2 半经验模型
• 1.4.3 详细机理模型
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 2 KIVA3程序
• 2.1 KIVA3程序的发展
• 2.2 基本控制方程
• 2.3 KIVA3主要计算模型
• 2.3.1 湍流模型
• 2.3.2 流场计算模型
• 2.3.3 化学反应模型
• 2.3.4 喷雾模型
• 2.4 KIVA3程序的计算框图
• 3 D6114柴油机数值计算
• 3.1 计算网格生成
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 化学反应机理模型
• 3.2.2 碳烟计算模型
• 3.2.3 碳烟相关输入数据
• 3.3 后处理过程
• 3.3.1 接口程序编写要点
• 3.3.2 接口程序编写流程图
• 3.4 本章小结
• 4 计算结果及分析
• 4.1 计算条件
• 4.2 缸内的温度及压力
• 4.3 喷油过程
• 4.4 碳烟颗粒数密度
• 4.5 碳烟总质量
• 4.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 前处理网格生成输入文件
• 附录B 后处理接口程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢