ZH1105W型柴油机缸内工作过程三维数值模拟

摘要

为研究燃烧室形状对柴油机动力性能和经济性能的影响，本文深入分析ZH1105W型柴油机的缸内扰流运动和涡流运动后，认为盆型燃烧室较之花瓣型燃烧室能充分利用涡流能量，降低流动干扰与阻尼，加快混合气形成，从而提高空气利用率、改善燃烧条件。本文提出采用平顶活塞盆型燃烧室的改进方案，并且进一步通过减少余隙高度，使燃烧室的相对散热面积减少，挤流增加，更加有利于混合气形成和燃烧。 本文系统地论述了缸内工作过程的三维数学模型和数值计算方法，并且运用流体分析软件包STAR-CD对改进前后的ZH1105W型柴油机的气相流动过程、喷雾过程和燃烧过程等缸内过程进行了模拟计算。较详细地展示了缸内流场、喷雾发展形态、喷雾液滴的空间分布情况及其燃烧的温度场、压力场。着重分析了缸内流场的演变规律、缸内流动的特点以及缸内NO的生成情况。 对改进设计的ZH1105W型柴油机进行了试验，由于缸内微观过程测量的难度和条件所限，只进行了标定转速的负荷特性试验，测定如缸内压力、温度以及功率、燃油消耗率等参数。将模拟计算值与实测值进行了比较，以验证三维数值模拟的正确性。计算和试验结果表明，两者基本吻合，改进后的ZH1105W型柴油机功率有较大幅度提高，燃油消耗率有所降低，取得了较好的动力性和经济性。从而也证明了在模拟速度和精度达到一定水平时，计算机模拟有利于降低产品的研制周期和费用，是一种有效的研究和设计手段。