小型二冲程汽油机扫气过程的模拟与改进

摘要

小型二冲程汽油机因为结构简单，质量轻，升功率高，而且成本低廉，作为小型动力机械应用相当广泛。然而，扫气过程短路损失相当严重，导致其油耗和排放相当高。随着人们环保意识的增强，以美国EPA排放法规为代表针对小型二冲程汽油机的Hc和NOx排放制定了严格的排放限值，二冲程汽油机油耗和排放问题已经成为目前亟待解决重要研究课题之一。 二冲程汽油机扫气过程的好坏，直接影响扫气效率的高低，加强对扫气过程的研究，对于提高和改善二冲程汽油机性能具有重要的意义。本文在概述国内外二冲程汽油机研究经历和计算流体动力学(CFD)数值模拟理论的基础上，以某企业1E39F汽油机扫排气道一气缸一曲轴箱系统为研究对象，利用商用软件FLUENT对原机和改进方案的额定工况时的扫气过程进行三维瞬态模拟，系统分析了扫气过程中缸内流场变化，提出了扫气质量的评价参数，并将原机和改进机型作了排放性能对比试验，得到了有效的模拟结果和详细的排放数据，达到了改进扫气道结构降低排放的目的，为指导二冲程汽油机扫气道结构改进提供了大量准确的信息。 经计算分析发现：扫气过程的逃逸损失和扫气门关闭前扫气道内气体向曲轴箱内的回流，是排放差的主要原因。扫气平射角和扫气平射距离等对扫气道射流方向有很显著的影响；扫排气正时对扫气量影响较大，扫气道仰角对轴向气流方向有一定影响。改进气口设计可以有效降低逃逸损失，提高扫气效率，调整扫排气正时可以降低逃逸率，增加扫气量。试验证明，改进机型的动力性能和排放性能较原机都有很明显的改善，但存在耐久试验中缸盖温度偏高的问题，有待进一步研究改进。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1选题背景

1.1.1小型二冲程汽油机在小型移动工具，园林工具上的适用性，市场需求和出口形势

1.1.2中国小型汽油机行业生产概况与产品技术水平

1.1.3国产二冲程通用小型汽油机改善排放的主要方法

1.2国内外对二冲程小型汽油机扫气过程数值模拟研究综述

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.2.3通用商业软件

1.3本文主要工作内容及重难点

第二章CFD数值模拟方法和网格生成技术

2.1 CFD研究方法

2.2气体流动控制方程组

2.2.1连续性方程

2.2.2动量方程

2.2.3能量方程

2.2.4状态方程

2.2.5湍流模型

2.3数值方法

2.3.1区域离散方法

2.3.2网格生成技术

2.3.3网格质量评价

2.3.4动网格的生成方法

2.3.5数值格式

2.3.6湍流流动的近壁处理

2.4本章小结

第三章1E39F汽油机扫气过程的模拟与改进

3.1 1E39F二冲程汽油机的结构特点及其主要参数

3.1.1 1E39F二冲程汽油机实物及应用场所

3.1.2 1E39F二冲程汽油机的结构特点

3.2计算对象与几何模型处理

3.2.1计算内容

3.2.2几何模型

3.2.3计算网格

3.3计算初、边值条件

3.4计算结果及分析

3.4.1原机扫排气道-缸内系统的流场分析

3.4.2气缸，扫排气道压力波动及质量流量率变化

3.4.3扫气质量的评价参数的提出

3.4.4改进扫气系统的分析

3.4.5一方案改进设计的扫排气道-气缸系统计算结果

3.5小结

第四章1E39F汽油机改进前后的性能比较

4.1引言

4.2试验测量方案与试验设备

4.3二冲程汽油机性能测试试验数据分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2进一步工作展望

参考文献

致 谢

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